L’utilisateurisme : « ce n’est pas fait pour ! »

Introduction

Lorsque vous recontextualisez un objet ou même une idée, vous en détournez l’usage convenu du contexte dont il/elle provient. Évidemment les utilisateurs moyens vivant avec et dans les contextes courants ne pourrons que vous dire, jaloux de votre originalité, la fameuse phrase « Ce n’est pas fait pour ! ».

Le bon utilisateur, c’est celui qui lit les modes d’emploi et respecte à la lettre les recommandations du constructeur ou du vendeur. Et c’est ce que nous vous encourageons vivement à faire… pour l’usage normal d’un objet. En général ces explications sont fortement liées à la sécurité et aux responsabilités des fabricants et commerçants qui pourraient être engagés en cas d’accidents.

Pour savoir à quel point vous pouvez détourner l’usage d’un objet, plus particulièrement d’un produit industriel, il est nécessaire de se placer du point de vue de l’ingénieur qui le conçoit. Et encore, le mieux est de ne pas se placer du tout, et de garder les lois fondamentales des sciences physiques comme outil d’analyse. Libre à vous, ensuite, selon vos objectif, de décider ce qu’est ou devient l’objet décontextualisé.

A partir de ces constatations nous pouvons proposer l’invention de la notion que l’on appellerait « l’utilisateurisme » qui reprendrait plusieurs autres notions dénoncées dans nos écrits, et qui désignerait :

Le fait de s’imaginer que si un produit ou objet n’existe pas dans le commerce, c’est que les lois de la physique empêchent son existence.
Qu’un objet ne peut jamais servir qu’à ce pourquoi il est prévu.
Que si l’on a une tâche à faire, on ne pourra la réaliser qu’à partir du moment où une procédure qui le permet est décrite dans un livre ou qu’il existe un produit ou service du commerce qui y soit dédié.

Deux exemples

Le contacteur

Dans un marché aux puce, à la recherche de gros contacteurs de puissance, pour du courant continu en très basse tension, je m’arrête sur un stand. Devant moi se trouve un contacteur de grande puissance pour courant alternatif 400V. Je demande le prix et explique que je veux commuter du courant continu. En un seul instant et sans même demander la moindre précision sur les valeurs de tension et de courant le vendeur me répond : « Ouh la la ! mon pauvre monsieur ça ne va pas du tout, vous allez tout casser en courant continu ! C’est fait pour de l’alternatif ! »

Il est vrai que le courant continu a des particularités comme le phénomène accru de « collage » des pastilles de contact et l’apparition d’un arc électrique « difficile à souffler » à l’ouverture. Cependant, je souhaitais utiliser de gros contacteurs précisément pour majorer leur dimensionnement, en vue d’en détourner l’usage en courant continu (en marché aux puces, ce n’est vraiment pas cher). Je souhaitais en réalité commuter du 12 Volts continu alimentant des charges purement résistives (phares automobile). Exaspéré par « l’utilisateuriste » en puissance, que j’avais devant moi, je remarquais cependant une petite précision sur l’étiquette du contacteur : « 50 Vcc 25 A ».

Le vendeur m’a tout de même dit « Moi je suis électrotechnicien, si je vous dit que ça ne va pas pour du continu, c’est que ça ne va pas ! » J’aurais dû lui répondre : « Et bien moi monsieur, je suis un recontextualisateur et je sais considérer les objets bien au delà de leur notice d’utilisation » (dans ce cas, même pas lue par le vendeur).

L’aspirateur central

Bien malin celui qui n’achète pas un aspirateur central « fait pour » afin d’équiper son installation d’aspiration centralisée. En effet, en physique, un flux d’air a généralement trois caractéristiques :

Q : le débit
P : la pression (ou dépression) statique
A : l’adéquation à un système d’aspiration centralisée

J’espère que vous l’aurez compris, c’est de l’ironie, il n’y a que Q et P de sérieux dans cette problématique. « A » est une variable inventée pour se moquer ouvertement de ceux qui vous diraient qu’un autre type d’aspirateur ne serait pas « fait pour ». Les aspirateurs spécialisés premiers prix coûtent d’environ 400 € pour 1400 Watts, à plus de 1000 € pour 2300 Watts.

Conclusion

On ne pourra sans doute jamais le répéter assez, décontextualisez tout, et armez vous des sciences physiques. Ainsi vous devenez capable d’inventer vos propres contextes, vos propres définitions et usages des objets.

Solutions collectives ou autosuffisance ?

Introduction

Qu’en est-il de l’autosuffisance ? L’autosuffisance, par les grands esprits et grands chercheurs, est considérée comme n’étant pas un objectif principal et durable. Il faudrait plutôt « penser collectif » et unir nos forces, car « l’objectif de l’univers et de la conscience qui s’y développe serait d’étendre son champ relationnel », comme l’évoque un des derniers vrais chercheurs français, Jean-Pierre Petit.

Nous pensons que ces propos sont parfaitement sensés. Ils restent compatibles avec l’incitation très forte à la réduction d’échelle que nous proposons par la recontextualisation. Par exemple, les systèmes de production d’énergie à petite échelle.

Un danger dans ces propos ?

Après avoir entendu ou lu les propos très sages présentés ci-dessus au sujet de l’aspect collectif, vous seriez tentés de faire une énième mauvaise association d’idée. Elle consisterait à croire que, puisqu’il faut « penser collectif », nous ne devrions pas utiliser des systèmes individuels et donc ne pas nous fatiguer à travailler en ce sens. En d’autres termes, nous penserions qu’il faut attendre un changement global, parce que nous ne pourrions rien faire à notre échelle. Aïe ! Une fois de plus, nous aurions une excuse pour justifier notre paresse, par une expression philosophique très esthétique : « penser collectif ».

C’est le système !

Cette façon de voir les choses est l’excuse inacceptable qui permet une fois de plus de justifier sa paresse. En effet, le « système » (économique, industriel, sociétal, etc.) serait en fait un monstre hors de contrôle dont on assumerait tout de même le fait qu’il est une création de l’être humain.

Nous nous disons incapable à notre échelle de petite personne individuelle, de le changer. Paradoxalement, nous en sommes tous une pièce motrice, nous sommes le système, nous sommes les monstres. C’est le cas quand vous êtes par exemple ingénieur et que vous fabriquez des machines automatiques des plus rapides pour faire faire à d’autres, à l’autre bout du monde, moins cher, ce que Jean-Jacques l’ouvrier licencié ne fait plus en France. Il en est de même lorsque vous êtes banquier ou pharmacien. Vous êtes le système, c’est un fait. De la même manière que vous l’entretenez ou le construisez avec ses vices, vous pourriez le contrer.

L’attente du changement

Nous attendrions donc, pour les plus optimistes mais inconscients, un changement global qui proviendrait d’un groupe ou d’une entité extérieure aussi imposante que le « système » et qui serait capable de le renverser pour le remplacer par une utopie moderne.

Cependant, cette entité n’existe pas, il n’y a que le système avec les hommes pétris de vices qui cherchent à le maintenir par leur pouvoir intrinsèquement généré par son organisation. L’efficacité de l’auto maintien du système est prouvée, par exemple, par la non désobéicence des forces de l’ordre à des gouvernements dictatoriaux déguisés en démocraties. La possibilité de maintenir un système vicieux à contresens des libertés fondamentales démontre la réelle efficacité du verrouillage opéré par les soi-disant élites.

La marge de manœuvre

Il semble que la marge de manœuvre restante n’est autre que l’action individuelle. Une maison autonome pourrait tout à fait s’interconnecter avec celle du voisin pour échanger des ressources et de l’énergie et ainsi s’étendre dans le collectif, de manière intelligente. La liberté d’autosuffisance garantirait la non soumission à des systèmes vicieux, on ne pourrait pas vous couper courant en d’autres termes. S’il faut penser collectif, il faut néanmoins un point de départ au changement vertueux. Hélas, les marges de manœuvre qui permettraient de faire vaciller le système, à son échelle, sont très faibles.

Conclusion

La petite échelle et la recontextualisation, (laquelle n’est d’ailleurs aucunement réservée à l’autosuffisance) constituent, à priori, au moins un point de départ possible du changement.

Récupérateur de chaleur pour eaux usées.

Introduction

Ce dispositif est très largement évoqué mais paradoxalement peu installé. Plusieurs sociétés commercialisent déjà des systèmes destinés à récupérer la chaleur contenue dans les eaux usées. Cette idée de récupérer la chaleur d’un fluide expulsé hors du bâtiment est plus connu dans le domaine de la ventilation. Les V.M.C. qui utilisent des récupérateurs de chaleur sont dites à double flux. Nous vous proposons le même concept pour les eaux usées.

Il est en effet dommage de dépenser de l’énergie pour chauffer l’eau avec laquelle vous vous douchez et de la laisser s’échapper dans les égouts. Si les eaux dites grises sont souillées et considérées comme usées, la chaleur, elle, ne s’use pas. Notez que les douches en circuit fermé existent aussi, moyennant l’usage de filtres.

Certains conçoivent des systèmes compacts capables de se loger sous les bacs à douche, ce qui n’est pas possible avec les systèmes que nous proposons dans cet article, mais qui possèdent d’autres atouts. Si vous êtes dans le cas où le bâtiment ne permet pas l’installation d’un réservoir ou d’un U vertical en dessous du niveau de la douche ou de l’évacuation des eaux grises, alors ce système en U horizontal est plus adapté à votre problématique. Quid de la corrosion du cuivre par les lessives et savons. Une version en acier inoxydable devrait cependant être surdimensionnée pour compenser la moins bonne conductivité thermique de l’acier comparée au cuivre. La forme de l’échangeur peut être adaptée à la forme du bac de douche et des autres contraintes spatiales. Des filtres d’eaux usées et des trappes de visites ainsi que des bouchons de curage semblent être des options judicieuses.

Ci dessous, un bon exemple par un « bricoleur » qui n’hésite pas à être scientifique :

Proposition 1 : version avec réservoir

Schéma

Nomenclature explicative

1. Réservoir isolé : c’est un réservoir, constitué d’un fut en plastique et entouré d’isolant thermique. Il permet de récupérer les eaux grises et surtout de les stocker. Ce qui implique que la récupération de la chaleur peut se faire en différé. Par exemple, lorsqu’une machine à laver a terminé son cycle d’évacuation, l’eau chaude pourra, plus tard, servir à préchauffer l’E.C.S. demandée par la douche. Cette récupération en différé n’est pas possible avec un récupérateur à échangeur « direct », qui reste néanmoins plus compact et utilisable en appartement.
2. Arrivée des eaux grises : elle doit se faire de préférence via des canalisations isolées thermiquement. Cette isolation est une nouvelle contrainte ou option, selon la manière de voir les choses, imposée par l’utilisation du récupérateur de chaleur.
3. Flotteur : il ouvre la soupape 8 lorsque le niveau d’eau l’atteint.
4. Départ d’eau froide préchauffée : elle se raccorde idéalement à l’entrée du système qui produit l’eau chaude sanitaire (ballon électrique, chaudière instantanée, etc.)
5. Échangeur thermique : constitué de plusieurs spires de P.E.R. situées à différentes positions radiales dans le fut 1, il transfère la chaleur des eaux grises à l’eau potable qui y circule. Cette disposition permet de répartir l’échangeur dans l’ensemble du réservoir 1 et ainsi accélérer l’échange de chaleur. Les différentes spires doivent être alimentées en parallèle afin de réduire la perte de charge qu’elles engendrent. Le régime est susceptible de devenir laminaire dans les spires. Leur surdimensionnement doit être tel qu’il compense la réduction de la puissance d’échange.
6. Arrivée d’eau froide.
7. Contrepoids : il permet à la soupape 8 de se refermer franchement lorsque le niveau d’eau baisse.
8. Soupape : issue d’un mécanisme de chasse d’eau, elle permet aux eaux usées de s’échapper du réservoir 1. Située au fond de ce dernier, elle assure que seule l’eau la plus froide, plus dense, s’échappe en premier.
9. Évacuation des eaux grises vers l’assainissement.

Proposition 2 : version sans réservoir

Schéma

Nomenclature explicative

1. Traversées de cloison : réalisées avec un raccord bicône, elles permettent l’étanchéité entre les canalisations d’eau potable constituées des tuyaux 4 et les parois des tampons de visite 2.
2. Tampons de visite PVC : ces tampons de visite permettent le nettoyage des canalisations en PVC et constituent aussi les cloisons traversées par les tuyaux 4.
3. Canalisations PVC : elles constituent le corps principal du récupérateur qui recueille les eaux usées en provenance de A.
4. Tuyau en acier inoxydable : c’est le long de leur paroi extérieure, en contact avec les eaux usées, que l’échange de chaleur se fait. L’alimentation doit se faire à contre courant, c’est à dire de C vers D, à l’opposé des eaux usées, qui circulent de A vers B.

Conclusion

Nous pouvons identifier deux cas principaux : le cas où l’on souhaite stocker les eaux grises pour une utilisation ultérieure de la chaleur, ce qui est généralement ce qui survient avec l’utilisation d’une baignoire, et le cas d’une récupération de la chaleur en flux continu, ce qui est généralement ce qui survient avec l’utilisation d’une douche.

Il est néanmoins tout à fait possible, ne faisant pas du « tout ou rien« , d’installer ces deux types de récupérateurs en série. Ainsi nous pouvons bénéficier des avantages de chacun des systèmes.

Dans ces deux cas, les systèmes sont simples à fabriquer et à mettre au point, mais surtout, ils constituent une évidence bien trop peu pratiquée. Le caractère stationnaire de l’installation permet, au besoin, de surdimensionner les échangeurs afin de garantir une récupération quasiment totale de la chaleur parvenue jusqu’au système.

Élévateur d’eau volumétrique à pistons.

L’élévateur volumétrique à pistons utilise le même principe que les surpresseurs d’air comprimé ou les systèmes qui permettaient de faire rentrer de l’eau dans les chaudières à vapeur sous pression.

Le principe global utilise le fait que la force exercée par un piston dépend de sa section et de la valeur de la pression qu’il reçoit. Il est donc possible d’augmenter la pression d’un fluide en faisant transiter l’énergie par une transmission mécanique entre des pistons de sections différentes. On obtient, dans le cas de l’eau, un dispositif comme le montre le schéma ci-dessous.

Avantages de l’élévateur volumétrique :

Il fonctionne quel que soit le débit de la source primaire.
Il utilise facilement l’intégralité de l’énergie potentielle disponible car la conduite d’alimentation est pressurisée.
Il est peu encombrant.
Il ne nécessite pas de recharge en air comme un bélier hydraulique car il ne stocke pas de pression.
Le pompage (et non seulement l’élévation) est possible. Ce système fonctionne comme un moteur volumétrique qui pourrait entrainer n’importe quel récepteur.

Inconvénients :

Réalisation plus complexe qu’un bélier.
Étanchéité rigoureuse nécessaire des ensembles pistons/cylindres, ces derniers peuvent être réalisés en polycarbonate, par exemple.

Schéma

Nomenclature explicative

1. Piston/cylindre : c’est l’ensemble moteur, le piston est de section S1 et la pression P1 est celle imposée par le hauteur de la chute d’eau primaire.
2. Piston/cylindre : c’est l’ensemble pompe, le piston est de section S2 et la pression P2 est celle imposée par la hauteur de refoulement.
3. Arrivée d’eau : c’est la canalisation qui provient de la source d’eau primaire.
4. Clapet anti-retour : c’est le clapet qui permet à l’eau de la source primaire de repousser l’ensemble vers le bas.
5. Clapet anti-retour : c’est le clapet de refoulement de l’ensemble pompe.
6. Conduite de refoulement
7. Vanne d’admission : c’est la vanne d’admission de l’ensemble moteur.
8. Vanne d’échappement : c’est la vanne d’échappement de l’ensemble moteur.
9. Conduite d’échappement : c’est la conduite d’échappement qui évacue le volume d’eau motrice.
10. Lien mécanique : c’est une tige qui relie les deux pistons et soutient l’arbre à cames 11.
11. Arbre à cames : il soutient les cames 12 qui actionnent la vanne d’échappement et d’admission.
12. Cames : elles actionnent les vannes 7 et 8. La position des cames n’est pas à l’échelle sur le schéma indicatif.

Pour que le système fonctionne, il faut :

S1/S2 > P2/P1

La supériorité est indispensable pour compenser les pertes et les énergies nécessaires à l’actionnement des vannes. Il conviendra d’estimer ces valeurs en fonction de la dimension du système et des technologies de vannes utilisées. La question du comportement des vannes en fin de course nécessite un travail d’étude supplémentaire.

Automatisation d’un bélier hydraulique.

Le bélier hydraulique est sans doute, de tous les systèmes élévateurs d’eau n’utilisant comme source d’énergie qu’une chute d’eau, le plus répandu.

Il permet, c’est là tout l’intérêt, de remonter de l’eau à une hauteur supérieure à celle de la source. Toutefois, il est possible que la chute d’eau primaire ne fournisse pas un débit permettant l’alimentation continue d’un bélier hydraulique. Pour pallier ce manque de débit, il est possible d’utiliser une source d’eau intermittente à vanne en bas.

Pour découvrir ce qu’est un bélier, je vous invite à visionner cette vidéo :

Notez, pour bien comprendre, qu’un bélier hydraulique utilise l’énergie cinétique de l’eau dans la conduite d’alimentation pour créer de la pression. Si vous souhaitez augmenter la pression de refoulement, c’est à dire augmenter l’énergie d’un coup de bélier, vous pouvez augmenter la longueur de la canalisation d’alimentation. Ainsi, vous augmentez la masse totale d’eau en mouvement et donc l’énergie cinétique.

Revenons à nos moutons : le bélier devra démarrer lorsque le réservoir d’amont sera plein et s’arrêter automatiquement lorsqu’il sera vide. Avec la solution à fontaine intermittente, la vanne d’alimentation du récepteur, ici, le bélier, sera en fait remplacé par une action sur le clapet du bélier. Sa remise en marche ne pouvant effectivement se faire aussi simplement que par l’ouverture d’une vanne. Nous proposons l’utilisation d’un marteau hydraulique miniature. En effet, si de l’air s’introduit dans une canalisation après une maintenance, le redémarrage du bélier nécessite une succession de pressions sur le clapet.

Voici un exemple de marteau hydraulique miniature :

On peut alors remarquer que, tant que le marteau miniature sera alimenté par le trop-plein du réservoir primaire de la source intermittente, il tentera sans cesse de relancer le bélier. Pour éviter toute perturbation en fonctionnement normal, si le débit de la source dépasse celle du bélier en saison humide, il faudra limiter le débit. Cela peut se faire par la structure du captage de la source primaire. En effet, il peut simplement s’agir de limiter la section du tuyau d’alimentation de la source initiale.

Schéma 1

Nomenclature explicative

1. Couple flotteur-contrepoids : il génère un signal mécanique qui inhibe ou autorise le fonctionnement du bélier, conditionné par le niveau haut. Le but est d’arrêter la consommation d’eau en cas de remplissage complet et de relancer le bélier dès que le niveau commence à baisser.
2. Système de poulies : il permet de guider le câble de transmission 3.
3. Câble de transmission : il renvoie le signal mécanique généré par le couple flotteur-contrepoids jusqu’au clapet du bélier.
4 . Conduite de trop plein : c’est une dérivation du signal hydraulique du trop-plein mentionné dans l’article sur la source intermittente à vanne en bas. Il alimente le marteau hydraulique pour relancer le bélier.
5 . Signal mécanique : c’est l’action mécanique récupérée de la source intermittente à vanne en bas. Il correspond à l’action sur la « vanne en bas » qui, dans ce cas, est remplacée par le clapet du bélier.
6. Signal mécanique : c’est l’action mécanique du marteau sur le clapet du bélier et qui est répétée tant que le niveau du réservoir de la source intermittente déborde.
7. Refoulement : c’est la conduite d’eau sous pression produite par le bélier et qui alimente le réservoir final.
8. Échappement : il s’agit de la conduite d’évacuation de l’eau motrice du bélier et du marteau miniature.

Schéma 2

Nomenclature explicative

1. Guidage de l’index du marteau : il permet de renvoyer le mouvement du marteau à la tige 6.
2. Ressort de rappel : il ramène l’index du marteau en position haute.
3. Marteau hydraulique miniature : il permet d’envoyer des impulsions sur le clapet tant que le trop-plein du réservoir de la source intermittente déborde. Si le réservoir d’eau final est plein, alors l’inhibition empêche l’impulsion de pousser la tige 6.
4. Arrivée du trop-plein : conduite de dérivation en provenance du trop-plein du réservoir d’alimentation de la source intermittente.
5. Index guidé : il renvoie les signaux mécaniques en provenance de la source intermittente sur la tige 6.
6. Tige du clapet : il renvoie les différents signaux mécaniques au clapet 9.
7. Ressort de traction réglable : il permet, en plus du poids de la tige 6 elle même, d’ajuster l’effort sur le clapet, c’est un réglage usuel sur les béliers hydrauliques.
8. Index guidé : il renvoie les signaux mécaniques en provenance du réservoir d’eau final sur la tige 6.
9. Clapet du bélier.
10. Corps du bélier.

Source d’eau automatique à accumulation, vanne en bas.

La source d’eau intermittente présentée dans l’article précédent atteint ses limites lorsque l’utilisation de l’eau est située à plus de 10 mètres en contrebas. En effet, si l’on ferme la vanne située en haut dans ces conditions, on obtient une dépression de 1 bar environ. Une fermeture d’une vanne en haut d’une colonne d’eau provoque la cavitation et peut détériorer les conduites.

Cette version « vanne en bas » est plus complexe. Elle utilise en effet deux fois le système de la version simple, mais permet d’étendre le champ d’application d’une source intermittente.

Schéma

Fonctionnement

Lorsque la source 1 a rempli le réservoir 2 jusqu’au trop-plein 3, il remplit à son tour le seau 16 provoquant l’ouverture de la vanne 23 et la fermeture de la vanne 22. En se fermant, la vanne 22 autorise le prochain remplissage du seau 15. La vanne 23 est ouverte et alimente l’utilisateur 26. Lorsque le niveau du réservoir 2 atteint le flotteur 12, il ouvre la vanne 13. Cette dernière remplit le seau 15 de la quantité contenue dans le volume réservé 4. La prise d’air 14 permet d’éviter la cavitation et la vidange totale du volume injecté dans la conduite. Cela provoque l’ouverture de la vanne 21 et donc la vidange du seau 16. Le contrepoids 18 ouvre alors la vanne 22 et ferme la vanne 23. La vanne 22, en s’ouvrant, provoque la vidange du seau 15. Une fois vide, il autorise le contrepoids 17 à refermer la vanne 21, autorisant le remplissage du seau 16 au prochain trop-plein.

Chronogramme logique du cycle (approximation des courbes par des pentes)

Vous aurez sans doute remarqué une interaction paradoxale entre les vannes 21 et 22. Pour être certain d’avoir parcouru la course totale des leviers des vannes 22 et 23, il faut veiller à respecter les dispositions géométriques mentionnées ci-dessous. Nous pouvons aussi faire en sorte que, la sortie 25 soit légèrement rétreinte, afin de ralentir la vidange du seau 15. Il convient notamment que le seau 15 recueille initialement une quantité d’eau supérieure au volume strictement nécessaire à la compensation du contrepoids. Associé à la rétreinte de la sortie 25 évoquée plus haut, nous augmentons donc le temps d’ouverture de la vanne 21. La sortie 24 doit rester libre pour faciliter la vidange rapide du seau 16.

Fermeture et ouverture des vannes

En respectant la configuration suggérée ci-dessus, nous nous assurons de l’ouverture franche des vannes. Pour que le mouvement débute, il faut que le moment Fp x R soit supérieur au couple résistant Cr. C’est toujours le cas à partir de l’instant où le mouvement a débuté. En effet, sur la course C1, cette quantité ne fait que croître. Sur la course C2, elle diminue et la masse du contrepoids ou du seau qui génère la force F n’est pas censée varier suffisamment pour arrêter le mouvement. Dans le cas du seau 15, les préconisations évoquées plus haut permettent d’empêcher la variation trop rapide de la masse. De plus, lors de la course C1, les masses ont acquis de l’énergie cinétique qui facilite le franchissement de la course C2. Lorsque les seaux sont vides, la masse ne varie plus.

Nous pouvons présupposer que si le mouvement des vannes 22 et 23 débute, il s’achève aussitôt. La rétreinte de la sortie 25 et l’excédent de masse dans le seau 15 constitueraient des options garantissant au besoin le mouvement complet des vannes 22 et 23. La vanne 22 pourrait être facultative si le seau 15 était légèrement fuyard. Cependant, l’utilisation d’une fontaine intermittente est prévue dans le cas où l’eau est précieuse car le débit de la source primaire est insuffisant pour une utilisation directe. Nous privilégierons donc l’économie d’eau en minimisant la quantité utile du seau 15.

Source d’eau automatique à accumulation.

Ce système permet d’obtenir, par intermittence, un débit d’eau élevé à partir d’une source de faible débit. C’est le principe de la chasse d’eau, si ce n’est que le déclenchement de la vidange se fait automatiquement lorsque le réservoir est plein. Cela peut être utile dans le cas où vous voudriez faire fonctionner une fontaine ou un moteur hydraulique à partir d’une source de tout petit débit.

Nous pourrions être tenté d’utiliser le principe naturel d’une Fontaine intermittente. Toutefois, dans ce cas, de l’air rentre dans la conduite de sortie, ce qui ne convient pas à toutes les applications. Le système proposé dans cet article permet d’éviter l’entrée d’air dans la conduite, moyennant un processus mécanique un peu plus complexe que celui d’un siphon.

Le dispositif proposé est autonome et n’emploie aucun composant, ni électronique ni électrique.

Schéma

Fonctionnement

Au vu de la logique de fonctionnement, nous n’utiliserons pas de nomenclature explicative mais une description du déroulement d’un cycle mentionnant les différents composants impliqués au fur et à mesure.

L’eau de la source primaire arrive par la conduite 1 et remplit le réservoir 12. Dans ce cas, le flotteur 9 maintient le levier 10 levé qui maintient lui même la vanne 12 fermée. Lorsque l’eau atteint le trop-plein 2, le seau 3 se remplit ainsi que la conduite souple 11, la vanne 12 étant toujours fermée. Lorsque le seau 3 devient plus lourd que contrepoids 5, il actionne la tige 6, qui tire sur le levier 7. Ce dernier ouvre ainsi la vanne 8 qui alimente la conduite 13 reliée au récepteur (fontaine, turbine, etc.)

À ce stade, le niveau dans le réservoir 12 diminue.

Lorsque le niveau d’eau atteint le flotteur 9, le levier 10, sous son propre poids, descend en ouvrant la vanne 12 (l’ensemble 9;10;12 peut être constitué d’un robinet flotteur de chasse d’eau). Il en résulte la vidange du seau 3 et de la conduite souple 11. Le seau 3 devient plus léger que le lest 5 qui pousse alors la tige 6 et le levier 7, fermant ainsi la vanne 8.

Le cycle recommence indéfiniment de manière autonome. Le composant repéré 4 est une poulie.

Ci-dessous, deux curiosités :

Un système similaire qui utilise, à la place du seau 3, un réservoir fuyard, évoqué dans l’article sur la version 2 de la source intermittente.

Un autre système similaire, qui utilise, à la place du seau 3, un réservoir en vase communiquant avec le réservoir 12. Ceci est possible lorsque le réservoir principal, ici la bassine, est « à l’échelle » du vase communiquant. Cela peut être judicieux si le tuyau qui relie ce petit réservoir à la bassine assure qu’il n’est pas capable de déborder pendant le temps de la décharge complète. Dans ce cas, le temps de décharge conditionne le débordement du petit vase durant son maintien en position basse.

Avec un temps de décharge court et une augmentation d’échelle :

Rhéostat électrolytique.

Afin de pouvoir démarrer des moteurs facilement, on utilisait autrefois les rhéostats. Usuellement ils sont réalisés avec des matériaux solides qui constituent une bobine résistive sur laquelle se déplace un curseur. Ces matériels restent assez coûteux pour le particulier.

Il existe une méthode pour réaliser un rhéostat peu coûteux et quasiment inusable qui fonctionne selon le principe de deux électrodes immergées dans une solution conductrice.

Il faut être très prudent sur l’étanchéité et installer toutes les protections électriques liées à la sécurité (que nous n’aborderons pas dans cet article). Dans tous les cas, sachez que les éléments de sécurité indispensables à la réalisation d’un tel dispositif ne sont en aucun cas suffisamment décrits dans cet article, y compris dans le paragraphe « Avertissements » qui n’en donne qu’une vague idée.

Schéma

Nomenclature explicative

1. Tube en matériau isolant (céramique, verre, plastique): il contient l’électrolyte et les électrodes. L’électrolyte est simplement de l’eau à laquelle sont ajoutés des sels minéraux la rendant partiellement conductrice. Vous pouvez par exemple utiliser du bicarbonate de soude.
2. Tube isolant : il permet de tenir l’électrode mobile et sera entrainé par le moteur 5. Au centre passe le câble de liaison électrique avec l’électrode 3. La jonction entre le tube et l’électrode 3 doit être étanche à l’électrolyte.
3. Électrode mobile : elle se rapproche ou s’éloigne de l’électrode fixe 4 modulant ainsi la valeur de la résistance entre les bornes 6. La résistance augmente lorsque les électrodes s’éloignent et diminue lorsqu’elles se rapprochent.
4. Électrode fixe : c’est l’électrode immobile qui constitue la seconde borne de la résistance variable.
5. Moteur et système d’entrainement : ils actionnent la tige isolante 2 qui porte l’électrode mobile 3.
6. Bornes de raccordement : elles permettent le raccordement électrique du système.
7. Enrouleur : d’une technologie laissée à l’initiative du concepteur, il permet de récupérer correctement le mouvement du câble relié à l’électrode mobile 3.
8. Pompe : c’est une pompe d’évacuation de machine à laver de type synchrone monophasée; elle sert à brasser l’électrolyte avant l’utilisation du rhéostat. Il est important de respecter ces spécifications car dans ce type de pompe, le rotor à aimants permanents est totalement isolé du stator. Ainsi il ne peut y avoir de fuite de courant entre l’électrolyte et le corps de la pompe. Il faut veiller à utiliser une tuyauterie totalement isolante et relier à la terre tous les colliers de serrage métalliques. Il est recommandé que ces colliers de serrage soient métalliques car une fois reliés à la terre, ils permettraient en cas de fuite hydraulique de détecter la fuite électrique qui en résulterait. L’étanchéité devra être parfaite pour éviter tout incident.
9. Vanne : destinée à la vidange pour la maintenance, elle est impérativement en matériau isolant bien que son accès en fonctionnement soit strictement interdit comme expliqué dans le paragraphe ci-dessous.

Avertissements

Un tel dispositif peut compromettre la sécurité des personnes, notamment en cas de contact accidentel avec une fuite d’électrolyte. Il convient, dans cette proposition de conception, de prévoir la mise à la terre de tous les composants métalliques du dispositif et l’usage d’un disjoncteur différentiel 10 mA en amont. Lors de l’utilisation, l’accès à la zone où est installé le système doit être formellement interdit par une enceinte grillagée provoquant la mise hors tension immédiate lors d’une intrusion. Cette dernière sera obligatoirement reliée à la terre. Il est recommandé de placer sous ce type de rhéostat, une grille métallique elle aussi reliée à la terre. En cas de ruissellement accidentel de l’électrolyte, le disjoncteur différentiel coupera l’alimentation générale. L’installation doit être impérativement consignée pour toute intervention moyennant l’usage de sectionneurs cadenassables. Il est obligatoire de respecter les cinq étapes minimales de la consignation. Cette rigueur est obligatoire et plus particulièrement en dehors de l’industrie pour crédibiliser la recontextualisation tout en restant en sécurité.

Détendeur basse vitesse

Il peut être utile de vouloir détendre un gaz dans un circuit tout en cherchant à minimiser son énergie cinétique.

Un détendeur est un dispositif destiné à réduire la pression d’un gaz dans un circuit. La méthode usuelle utilisée pour détendre un gaz est de rétreindre le passage du gaz via un orifice de petit diamètre. Il peut être asservi pour délivrer une pression constante quelque soit la pression en aval, comme c’est le cas sur les détendeurs de bouteilles de gaz ou les manodétendeurs des circuits d’air comprimé. Dans les réfrigérateurs domestique le réglage du détendeur est fixe.

Dans un tel cas, le débit de gaz ne peut se faire qu’à grande vitesse du fait de la section réduite du trou de passage.

Pour réaliser un détendeur basse vitesse, nous suggérons d’utiliser une section de canalisation quasi constante entre l’amont et l’aval ou supérieure et de faire chuter la pression en utilisant des rondelles de feutre. Un autre matériaux poreux ralentissant le passage du gaz conviendrait aussi.

Il peut être pertinent d’ajouter des manchons en P.T.F.E. pour isoler thermiquement le détendeur du reste du circuit lorsque la valeur de pression et la nature du fluide le permet.

Demie pompe à chaleur électrique

D’une manière similaire à la demie pompe à chaleur à gaz, nous pouvons en réaliser une alimentée en électricité. Dans ce cas le moteur à gaz est remplacé par un moteur électrique.

Pour ceux qui seraient dubitatifs, sachez que vous avez toujours le droit de considérer un système physique comme une boite conceptuelle, dans laquelle rentre de l’énergie et de la matière et de la quelle sort de l’énergie et de la matière. En faisant le bilan de ce qui rentre et sort, vous pouvez savoir si le système répond à votre besoin et estimer son rendement. Dans le cas de la demie pompe à chaleur, à moins que l’air en sortie froide du tube de Ranque-Hilsch ne soit supérieure à la température ambiante, il n’y a aucune raison pour que l’énergie mécanique du moteur ne soit pas au minimum convertie en chaleur.

Il faut, pour maximiser le rendement du moteur électrique, qu’il consomme sa puissance nominale. Pour ce faire, vous pouvez agir sur le rapport de transmission entre le moteur et le demi-compresseur. Il est intéressant d’utiliser un ancien moteur de moto en tant que demi-compresseur dans ce cas plus modeste que la version à gaz naturel. Ainsi, vous pourrez utiliser la boite de vitesse d’origine pour faire les essais de rapports de transmission. En mesurant le courant consommé par le moteur ou directement la puissance selon vos moyens à disposition, vous pourrez ajuster la puissance du dispositif. N’oubliez pas d’optimiser les injecteurs du tube de Ranque-Hilsch de telle sorte à ne pas dépasser la valeur de pression que vous vous êtes fixée dans le circuit de pompage de chaleur. Un chauffe eau a généralement une puissance de 3 kW, nous pourrions donc utiliser un moteur électrique d’une puissance comprise entre 2 et 3 kW par exemple.

Schéma

Nomenclature explicative

1. Moteur électrique : c’est la source d’énergie principale qui actionne la demie pompe à chaleur. On peut lui ajouter un échangeur qui permet de transférer la chaleur au radiateur 12.
2. Demi-compresseur : ainsi nommé en raison des spécificités expliquées ci-dessus, il est idéalement réalisé avec un ancien moteur de moto à refroidissement liquide. Il comprime l’air qui alimente le tube de Ranque-Hilsch et dont la chaleur est récupérée dans l’échangeur 4.
- 2.1 Admission.
- 2.2 Refoulement (échappement d’origine).
- 2.3 Départ circuit de refroidissement.
- 2.4 Retour du circuit de refroidissement.
3. Clapet anti retour : il empêche la contre pression d’ouvrir les soupapes d’échappement.
4. Échangeur : il transfère chaleur de l’air comprimé par le demi compresseur dans le circuit de chauffage.
5. Limiteur de pression : c’est une soupape de sécurité qui limite la pression dans la partie haute pression aux alentours de 10 bars.
6. Tube de Ranque-Hilsch : c’est le système qui permet de pomper la chaleur via une alimentation en air comprimé.
- 6.1 Alimentation du tube de Ranque-Hilsch
- 6.2 Sortie chaude du tube de Ranque-Hilsch
- 6.3 Sortie froide du tube de Ranque-Hilsch
7. Échangeur : il transfert la chaleur de l’air provenant du côté chaud du tube de Ranque-Hilsch dans le circuit de chauffage.
8. Échangeur coaxial air froid/liquide de refroidissement.
9. Clapet anti retour : du type hydraulique à ressort, il permet la remise en air de la demie pompe à chaleur. En effet, lors de l’arrêt de l’installation, les pressions s’équilibrent entre la partie basse pression et la partie haute pression. La pression moyenne étant supérieure à la pression atmosphérique, l’air fuit via la culasse du demi-compresseur (segments, queues de soupapes, etc.) Lors de la remise en marche du système, tant que la partie basse pression ne sera pas légèrement supérieure à la pression atmosphérique, le clapet autorisera l’entrée d’air. Il est recommandé de l’installer au plus proche de la sortie du radiateur12. Ce clapet permet aussi de compenser les faibles fuites en fonctionnement continu.
10. Filtre à air : filtre à air du circuit d’air.
11. Vase d’expansion : vase d’expansion du circuit de refroidissement de la culasse du demi-compresseur.
12. Radiateur : constitué de radiateurs de chauffage central récupérés, il réchauffe l’air froid en provenance du tube de Ranque-Hilsch. Il est possible de réaliser l’installation de telle sorte que l’air chaud en provenance du moteur électrique 1 y soit réinjecté. Ce radiateur peut être situé dans une cave. Notez qu’il est possible d’ajouter un système de bypass et d’utiliser de l’air réchauffé par un puits canadien ou une source d’eau.
13. Transmission mécanique : à ne pas oublier, la transmission du mouvement mécanique entre le moteur électrique et le demi compresseur. Elle peut être réalisée avec des courroies. Il est possible de conserver la boite de vitesses du moteur d’origine afin d’ajuster le rapport de transmission.