Dimanche 24 janvier 2016 à 8:39

Sciences et techniques

Suite à mon article sur les leds, on me demande ce qu’est « l’oled » ?

    Comme dans l’ampoule led, la partie éclairante est un semi conducteur, qui ne laisse passer le courant que dans un sens, et provoquer une excitation des électrons, qui vont revenir à leur état normal et se recombiner à des sites où un électron est absent.en émettant de la lumière. (OLED veut dire Organic Light-Emitting Diode)

    La différence est que la partie émissive du led est ponctuelle, alors que dans l’oled, c’est une plaque émettrice ayant un e surface importante.
http://lancien.cowblog.fr/images/Bloginformatique/21c8niq.jpg    A l’extérieur une enveloppe étanche en verre (voir schéma).
    Une cathode métallique et une anode transparentes, toutes deux connectées à un générateur électrique.
    Sous l’effet de la tension, les électrons (négatifs) vont vers la cathode vers l’anode et des « absences d’électrons » dans le semi conducteur (on les appelle des « trous » et c’est l’équivalent de charges positives ) sont attirés vers la cathode.
    Le semi conducteur est un empilement de couches de différents polymères.
    Au milieu du semi-conducteur une zone de recombinaison des électrons et des trous, qui s’accompagne d’une émission de lumière due au retour à un niveau normal d’énergie des électrons recombinés.
    Ces plaques émettrices peuvent donc constituer une lampe dont l’ampoule est une surface, une plaque ayant une forme donnée. Les semi-conducteurs plastiques étant souples, il est possible de leur donner une forme autre que plane.
    Suivant les matériaux utilisés, on peut obtenir des lumières de couleurs différentes.

    Mais les oled ont un autre avantage : ils peuvent remplacer avantageusement les afficheurs à cristaux liquides lorsqu’ils sont sous forme de plaque, c’est à dire sur les téléphones portables, les ordinateurs et les télévisions. On n’a alors pas besoin de rétroéclairage, ce qui améliore la visibilité et la précision, un rafraichissement des informations plus rapide et permet des plaques d’épaisseur moindre. La lumière diffusée est moins directive et on voit donc mieux l’écran si on n’est pas en face.
    On dépose les couches de semi-conducteur « par points », sur l’écran, comme le fait une imprimante à jet d’encre sur le papier? Chaque point se comporte alors comme une led, commandée par les balayages de tension, différents en chaque point, selon l’image projetée. On utilise des leds R, V ou B exactement comme les encres d’une imprimante et les proportions à un instant donné des diodes allumées, définit une couleur donnée.
    La difficulté actuelle est que la couleur produite varie dans le temps avec l’usure de la plaque. La durée de vie actuelle de 14 000 heures dans les bleus est insuffisante et la diffusion de ces écrans est encore faible. Il faudrait, pour pouvoir concurrencer les écrans LCD et plasma des téléviseurs, une durée de vie d’au moins 50 000 heures.

    On peut faire scintiller des leds à des cadences de plusieurs milliers d’impulsion par seconde, ce qui est alors invisible pour l’oeil humain, qui devient insensible au dessus de 50 hz. Uene telle transmission qui peut coder des 1 et 0, pourarit être utilisée pour transporter de l’information numérique, et remplacer à terme, la Wifi, avec un débit dix fois supérieur (et sans présence d’ondes radios).

Samedi 9 janvier 2016 à 9:09

Sciences et techniques

Les lampes à filament consomment trop d’énergie et on a donc cherché à les remplacer par des lampes utilisant d’autres procédés.
 
Une première solution a été de miniaturiser les tubes fluorescents « néons » allongés, en leur donnant une forme de spirale, ou en les repliant plusieurs fois sur eux mêmes, pour réduire leur volume et se rapprocher du format des lampes à filament.
C’est un tube de verre allongé qui contient du mercure à l’état gazeux sous basse pression, mélangé à un gaz rare inerte tel l’argon.
              Des électrodes se trouvent aux deux extrémités du tube et une décharge électrique excite les atomes de mercure.
Les électrons qui sont ainsi excités reviennent à l’état normal en émettant de la lumière ultraviolette. Celle ci va exciter à son tout les électrons d’une poudre fluorescente déposée sur les parois du tube, et ces électrons vont revenir à l’état initial en émettant cette fois, de la lumière dans le spectre visible 
L’appellation « tube néon » est en fait erronée, car des tubes avec du gaz néon sont utilisés, mais la lumière émise lors de la décharge est rouge et n’est pas assez énergique pour entrainer la fluorescence d’autre substances.
Le mercure est un métal toxique et ces tubes ne peuvent être mis aux ordures et doivent être traités comme des déchets particuliers.
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<-----   starter 

 
Dans le support du tube classique, un transformateur génère une tension continue qui est ensuite hachée pour produire une tension haute fréquence (environ 10 000 hz). De plus un condensateur se charge et permet d’amorcer les décharges en élevant brutalement la tension et une système électronique limite cette décharge. Cet ensemble électronique est appelé « ballast ».
Les électrodes des deux bouts du tube, ainsi alimentées créent un champ électrique qui va attirer les électrons de la cathode vers l'anode. Pour produire ces électrons, deux filaments de tungstène sont chauffés près de la cathode.
Le démarrage du tube n’est pas immédiat car il faut chauffer les électrodes pour qu’elles émettent les électrons. Ceci nécessite l’intervention d’un « starter ».
C’ est un petit tube rempli de gaz, muni d'un contact (bilame). Lors de la mise sous tension, un arc électrique se produit entre les lames du bilame, et l’échauffe : les lames déformées se touchent, le contact se ferme et l'arc électrique disparaît.
Le courant qui passe alors permet le préchauffage des électrodes du tube.
Au bout d'une seconde environ, le bilame a refroidi et le contact s'ouvre, coupant ainsi le courant du circuit.
Le ballast crée alors une surtension qui amorce le tube.
La tension aux bornes du tube diminue et rend impossible l'amorçage du starter jusqu'à la prochaine mise sous tension.
Les amorçages se font alors spontanément à la fréquence imposée par le ballast. La consommation est moindre qu’en début de chauffe et d’amorçage.
 
Les lampes fluorescentes ont un fonctionnement analogue au tube allongé, mais leur tube est replié sur lui même ou en spirale.
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    Elles ont un meilleur rendement en lumière (60 à 70 lumens par watt), que les lampes à filament de tungstène (15 à 25 lumens par watt).
     Par contre elles sont beaucoup plus onéreuses
    Elles contiennent du mercure et ne peuvent donc être mises aux ordures, et produisent des ultraviolets.
    Elles devraient avoir une vie beaucoup plus longue que les lampes à filament, mais ce n’est pas toujours le cas et je connais plusieurs personnes qui ont eu des durées de vie relativement faible de ces lampes, ce qui est alors prohibitif au plan financier. Il semble en particulier qu’elles résistent mal lorsqu’elles sont allumées et éteintes très souvent, de façon répétitive.
    Par ailleurs, le temps d’attente avant d’avoir la lumière est assez désagréable, voire gênant dans certains cas

 

 

 




              Quelques mots des leds, qui vont peu à peu remplacer les lampes à fluorescence. Là encore on devrait avoir de grandes longévités, mais on n’a pas assez de recul pour le contrôler. Elles sont encore chères, mais les prix baissent régulièrement du fait de la demande importante.
Elles consomment environ 10 fois moins que les lampes à filament et deux fois moins que les lampes fluorescentes.(de 20 à 200 lumen/watt)

             La lumière émise est relativement ponctuelle.
             Ce sont des diodes, des semi-conducteurs fabriqués à partir de l’empilement de couches de différents matériaux et d’épaisseurs différentes qui ne conduisent l’électricité que dans un sens, et la transition d’un électron s’accompagne de l’émission d’un photon lumineux.

http://lancien.cowblog.fr/images/Bloginformatique/RTEmagicC01403.jpg           Ce semi conducteur est soudé sur un support qui est à la fois conducteur de courant et de chaleur, puis protégé par une couche de matériau transparent permettant de laisser passer la lumière émise (souvent un dôme de silicone).
          Cette lumière est relativement monochromatique et pour pouvoir émettre de la lumière blanche, une couche de luminophore permet de convertir cette lumière monochromatique en lumière visible de plus large spectre.
    
         La fabrication de diodes avec des matériaux et des épaisseurs différentes permet de créer des diodes émettant des lumières d’une couleur donnée.

 







Vendredi 8 janvier 2016 à 9:17

Sciences et techniques

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             Nous avons tous utilisé de nombreuses ampoules à filament de tungstène, qu’elles soient à culot à vis ou à baïonnette. Elles disparaissent peu à peu des magasins.

C’est un produit très simple : le filament de tungstène est conducteur d’électricité, mais il possède un résistance électrique.
              L’intensité du courant électrique produit de l’énergie sous forme de chaleur dans le fil, (rappelez vous vos cours de physique w = R x I2 ou V2/R, I étant l’intensité et V la tension), qui chauffe donc et à une température suffisamment élevée, il émet de la lumière visible et infra-rouge.
La lampe transforme donc l’énergie électrique en lumière et en chaleur.
Mais sous l’effet de la chaleur des atomes de tungstène s’échappent du fil et la vapeur de tungstène va se déposer sur le verre de l’ampoule qui noircit, et le diamètre du fil diminuant, il finit par se casser.
L’avantage de ces lampes était leur simplicité, donc leur faible coût, et la possibilité d’avoir des puissances suffisantes pour des éclairages importants, mais l’inconvénient était leur consommation importante (le plus souvent entre 60 et 150w)
 
Deux perfectionnements sont intervenus successivement : d’abord un renforcement de la lumière par fluorescence de gaz, et les lampes halogènes.
En mettant certains gaz dans l’ampoule, les électrons périphérique de leurs atomes s’excitaient sous l’effet de la lumière et ils revenaient à leur état normal en émettant davantage de lumière dans le spectre visible. On avait donc davantage de lumière (en lumens) pour une consommation électrique donnée (en watts).
Les lampes halogènes sont aussi des lampes à filament de tungstène, mais de résistance plus élevée, mais l’ampoule au lieu d’être en verre, est en quartz, qui supporte une plus haute température. On peut donc chauffer davantage le filament, qui produit donc plus de lumière pour une même consommation (environ 20 à 30%).
Mais le fils de tungstène se détruirait assez vite. Pour l’éviter, on remplit l’ampoule de gaz halogènes (brome et iode), et les atomes de tungstène sublimés vont se combiner à l’halogène et, au refroidissement se redéposer sur le fil. L’usure est donc moindre.
En outre dans des projecteurs directifs, on met derrière l’ampoule de forme cylindrique allongée, un réflecteur qui renvoie la lumière vers l’avant. On produit ainsi alors entre 50 et 80% de plus de lumière qu’une ampoule classique, pour la même puissance consommée.
Les lampes halogènes ont en outre l’avantage de pouvoir supporter un variateur de tension qui permet de faire varier l’intensité lumineuse de la lampe. Mais elles consomment plus que ls lampes fluorescentes ou les leds dont je parlerai demain.

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Jeudi 20 août 2015 à 9:01

Sciences et techniques

  Je ne sais pas si vous avez entendu parler d’un projet d’avion très original, « The Puffin », imaginé par la NASA, aux USA.
    En intermède, je vous en donne un aperçu.
    Son originalité est d’être un avion électrique personnel à décollage vertical, pour une seule personne.
    C’est un engin très léger : 135Kg, + 25 kg de batteries + 90kg de passager et charge utile.
    Il est tout petit: 3,70 mètres de long et 4,40 d’envergure.
    Il peut voler jusqu’à 400 km/h et 240 km/h de vitesse de croisière, grâce à deux moteurs électriques.
    Son point faible : ses batteries qui ne donnent qu’une autonomie de 80 km. La NASA pense pourtant porter cette autonomie dans quelques années à 240 km.
    L’avion se tient debout sur le terrain. Sa queue se divise en quatre «jambes» qui servent de train d'atterrissage. Il décolle comme un hélicoptère, plane, puis se penche en avant pour voler horizontalement, le pilote étant couché comme dans un deltaplane. Il est très silencieux.
    Pour le moment ce n’est qu’un projet qui n’a donné lieu qu’à des photos, des vidéos et des calculs, mais pas de réalisation. C’est une étude conceptuelle.
    Cela paraît séduisant, mais d’une part, vu la faible distance qu’il peut parcourir, je ne vois guère son intérêt. D’autre part, je pense que cet appareil doit être assez difficile à piloter, notamment à l’atterrissage. Enfin, la circulation de beaucoup d’appareils sans contrôle aérien très rigoureux, sera générateur de beaucoup d’accidents.
    Cela m’étonnerait donc que ce prototype voit le jour, sauf si le patron de Google s’en entiche.
    Peut être néanmoins que l’armée s’intéresserait à ce type d’appareil, car le moteur électrique chauffe peu et donc la signature infrarouge est très faible, comme le bruit, d’où une discrétion pour des unités spéciales.
    Vous pourrez voir une vidéo sur :
            https://www.youtube.com/watch?v=rhpPhvWvLgk

    Et savez vous que le Puffin est un oiseau marin assez bizarre ? (voir dernière photo)

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Samedi 4 juillet 2015 à 14:45

Sciences et techniques

Hier nous avons rappelé quelques propriétés de l’électromagnétisme et nous avons vu la différence entre un moteur synchrone et asynchrone.
    Mais ma correspondantes souhaitait pouvoir comprendre et vérifier les dires d’un syndic suite à une consultation concernant la rénovation de l’ascenseurs de son immeuble, et comme j’ai dû, il y a peu de temps, faire une telle consultation pour la copropriété où j’habite, je vais pouvoir lui donner les élément essentiels.

Motorisation asynchrone à deux vitesses :

    Si la copropriété fait rénover son ascenseur, c’est qu’il avait un certain âge.
    Les anciens ascenseurs utilisaient des moteurs asynchrones, car des moteurs synchrone n’auraient pu démarrez en charge.
    L’axe du moteur est accouplé à une vis sans fin, laquelle fait tourner un engrenage lié à une grande roue sur laquelle passent des câbles. Ces câbles sont liés d’un coté à la cabine de l’ascenseur et de l’autre à un contrepoids, qui équilibre son poids et limite donc la surcharge des passagers. (voir photo ci dessous que j’ai annotée).

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    Les câbles sont entraînés par frottement sur la roue , qui est de  grand diamètre car les câbles d’aciers, de gros diamètre (environ 1cm) et très solides ne peuvent se courber au delà d’une certaine limite.
    Le moteur comporte deux enroulements qui correspondent à deux vitesses de l’ascenseur, par exemple 1m/s et 0,3 m/s. Lorsque l’ascenseur, qui se déplace à 1m/s arrive à deux mètres de l’étage où il doit s’arrêter, un contact fait fonctionner le moteur en vitesse réduite, puis un second contact provoque l’arrêt. Avec un bon réglage on arrive ainsi à arrêter la machine ± 1cm près.
    Mais de tels moteurs sont bruyants et consommateurs d’électricité.

La modulation de fréquence et un moteur synchrone :

http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/moteurtreuil.jpg    Un progrès a été fait en alimentant le moteur, non plus avec le courant du secteur à 50 Hz, mais avec un variateur de fréquence qui peut alimenter le moteur avec un courant de fréquence variable allant de zéro à 120 Hz.
    Au démarrage et à l’arrivée, la fréquence va varier progressivement et les manoeuvres seront donc douces et peu bruyantes.
    Il est possible d’utiliser un moteur synchrone, qui ne démarrait pas en charge avec une fréquence fixe de 50 hz, peuvent maintenant démarrer avec la fréquence faible de départ. Ils tournent alors à une vitesse proportionnelle à la fréquence d’alimentation et on peut donc faire varier très progressivement la vitesse de l’appareil, d’où douceur, confort, silence relatif et un arrêt à quelques mm près.
    Par contre ce confort et ce silence sont moindres avec un moteur asynchrone, qui a un glissement fonction de la charge, ce qui oblige l’électronique à corriger la vitesse en permanence.
    Ces moteurs synchrones associés à un variateur de fréquence, ont un meilleur rendement et consomment moins d’électricité.
    La photo ci contre montre une telle motorisation moderne à treuil et moteur synchrone
    Les motorisations à treuils modernes sont donc équipées de moteurs synchrones dont la vitesse est variable grâce à une alimentation à fréquence variable, commandée par une armoire électronique.
    Les constructeurs étranger appellent ces machines à treuil « geared «  ce qui veut dire « moteur à réduction » en anglais.

Les motorisation « gearless » :

http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/moteurascenseur.jpg    Dans les immeubles récemment construits, les architectes essaient de réduire toutes les surfaces, et notamment ne veulent plus construire de locaux de machinerie d’ascenseurs sur le toit. Les machines à treuil sont volumineuses et les ascensoristes ont essayé de réduire les dimensions des motorisations.
    Une nouvelle génération de moteurs synchrones, directement liée à la roue de traction, sans aucun engrenage ni vis sans fin a vu le jour et s’appelle « gearless » : « sans réducteur ».
    Mais la roue destinée à tirer les câbles est trop volumineuse et l’effort de traction est trop important. Ces machines utilisent donc à la place des câbles, des courroies plates en plastique avec une âme en fils d’aciers torsadés. Lors des opérations d’entretien on peut envoyer un courant électrique dans ces fils pour contrôler leur bon état.
    La photo ci dessous montre un appareillage gearless.
    Les motorisations gerless, très compactes peuvent être mises en haut ou en bas de la gaine de l’ascenseur, et ne nécessitent plus de locaux de machinerie sur le toit.
    Mais elles sont 10 à 15% plus chères et donc, si vous avez de tels locaux, cela ne sert à rien de mettre une telle machine et un moteur synchrone à treuil classique est préférable.
    Ces machines gearless sont destinées aux immeubles en construction.

Les armoires de commande électroniques :

http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/armoireNG240.jpg    Elles ont remplacé les vieilles armoires électromécaniques et sont  constituées de microprocesseurs et de matériel électroniques et sont égrées par des logiciels.
    Dans une telle armoire, on trouve principalement les modules suivants :
        - l’alimentation de puissance du moteur en fréquence variable;
        - le pilotage de la vitesse de l’ascenseurs, en fonction des demandes d’étages enregistrées des usagers;
        - le système de repérage de la position de l’ascenseur grâce à de petits contacteurs magnétiques dans la gaine;
        - un dispositif de pesée pour éviter la surcharge de l’ascenseur;
        - les systèmes de commande d’ouverture et fermeture des portes, et les sécurités correspondantes;
        - un système de gestion de la signalisation en cabine et aux étages;
        - un système particulier de commande des fonctions de l’ascenseur à partir du toit de la cabine destiné aux personnels d’entretien;
        - un module de synthèse vocale (pour les mal-voyants);
        - un système d’alerte et de télétransmission permettant d’appeler un dépanneur si on est enfermé dans l’ascenseur en panne.
    En outre un système de contrôle de survitesse décèlerait une vitesse anormale de la cabine et fait alors déclencher des mâchoires qui se serrent autour des guides et arrêtent la cabine (on appelle cela le « parachute »).
    L’armoire est commandée par un système de boutons en cabine et sur les paliers et donne des indications visibles et sonores sur des voyants.


Les coûts :


    Une modernisation d’un ascenseur (moteur + électronique) est une opération longue et chère. qui nécessite environ 3 semaines de travaux.
    Le prix est évidemment variable suivant l’installateur, la grandeur de l’ascenseur, la hauteur de l’immeuble. Ils sont de l’ordre de 30 000 €,  pour des immeubles moyens, se répartissant approximativement  en 10 000 € pour la motorisation, 15 000 pour l’armoire et le câblage électrique, et 5000 € pour la signalisation et les commandes en cabine ou sur les paliers.
   

Vendredi 3 juillet 2015 à 9:07

Sciences et techniques

     Une correspondante a reçu de son syndic, en vue d’une assemblée générale de copropriété, un projet de rénovation de l’ascenseur de son immeuble et elle me demande de lui expliquer la différence entre plusieurs propositions de motorisation.
    Comme j’ai eu à traiter un projet analogue, je peux lui donner les informations essentielles, mais j’ai pensé que le sujet pourrait intéresser d’autres personnes, soit qui auraient des problèmes analogues en copropriété, soit des jeunes en terminale, qui ont peut être un cours sur les moteurs électriques (on voyait cela autrefois en terminale : moteurs et générateurs électriques), ou des jeunes en enseignement technique.
    Je vais donc faire un premier article sur les moteurs électriques et un second sur l’application aux ascenseurs.

    Peut être avez vous un souvenir de terminale, sur l’interaction des champs magnétiques et des conducteurs électriques, que l’on peut résumer très simplement :

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    1 - Un courant électrique continu, circulant dans un fil, crée un champ magnétique, analogue à celui que créerait un aimant permanent.
 Pour un fil rectiligne les lignes de champ sont circulaires autour du fil. Si un observateur est disposé le long du conducteur de façon que le courant électrique circule de ses pieds vers sa tête, et s’il regarde un point M de l’espace, le champ magnétique en ce point est orienté vers sa gauche (règle du « bonhomme d’Ampère », voir schéma ci contre).

    2 - A l’inverse un champ magnétique peut induire un courant dans un conducteur électrique, si le champ se déplace par rapport au conducteur (ou le conducteur par rapport au champ).
    Le sens du courant par rapport au champ et au déplacement est indiqué par la règle pratique des 3 doigts (voir figure ci dessous).
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    3 - Enfin un conducteur, parcouru par un courant, et situé dans un  champ magnétique, est soumis à une force dont la direction est aussi donnée par la règle des trois doigts. (voir figure).

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    4 - En utilisant du courant alternatif périodique et des bobines réparties selon un cylindre, on peut créer un « champ tournant », c’est à dire dont la direction tourne avec une certaine fréquence.
    Quand on utilise un aimant permanent pour créer le champ initial, sa direction est fixe et pour réaliser un moteur il faudrait faire tourner cet aimant, ce qui est trop compliqué. Il est plus simple de créer un champ variable dont le sens tourne à une certaine fréquence.
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/motasynchstator1.jpg   

Dans le « stator », partie fixe d’un moteur électrique, on a donc un noyau en fer feuilleté de manière à canaliser le flux magnétique, et des paires d’enroulements de fil de cuivre isolés (2 à 5 paires de bobinages), dans lesquels passe le courant alternatif à 50hz (en Europe). S’il n’y a que deux enroulements, équivalents à un aimant à 2 pôles, le champ magnétique créé par le courant, bascule 50 fois par seconde et donc le champ créé par le stator tourne 3 000 fois par minute; s’il y a 2 paires d’enroulement, le champ tournera à 1500 tours/mn et avec 6 pôles (triphasé), à 1000 t/mn.

    Nous allons maintenant voir fonctionner un moteur « asynchrone »http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/Unknown2.jpg
    Le « rotor » (la partie tournante) est un simple conducteur refermé sur lui même, soit bobiné, soit constitué par une structure métallique que l’on appelle une « cage d’écureuil » (voir figure)
    Le champ créé par le stator, se déplaçant autour du rotor induit un courant dans ce circuit conducteur et ce courant, réagissant à son tour avec le champ tournant va engendrer une force de Laplace, qui va entraîner le rotor pour faire diminuer cette force.
    Le rotor va donc essayer de suivre la rotation du champ tournant et donc le moteur tourne !!
    En fait il ne le rattrapera pas tout à fait car s’il le faisait, la force de Laplace deviendrait nulle et le rotor ne serait plus entraîné. Il va donc se produire un « glissement » entre la vitesse du champ tournant (par exemple à 1000 t/mn et celle du rotor qui pourra par exemple tourner à 9560 t/mn.
    De plus comme on se servira du moteur pour fournir un travail (par exemple faire monter un ascenseur), cet effort freinera le moteur et le glissement augmentera, la vitesse diminuant par exemple à 900 t/mn.
    Le moteur tourne moins vite que le champ tournant et c’est pour cela qu’il est dit « asynchrone ».
    Par contre la force créé par le champ tournant est forte et on n’a jamais de problèmes de démarrage avec un moteur asynchrone.
Ce sont les moteurs les plus utilisés dans l'industriie.

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 http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/Unknown1-copie-1.jpg   Voyons maintenant ce qu’est un moteur « synchrone »
    Le rotor est un aimant permanent. Il s’aligne donc avec le champ tournant et le moteur tourne à la même vitesse que le champ : il est « synchrone » avec lui.
     L’inconvénient c’est qu’au démarrage le champ tourne à au moins 1000 t/mn, alors que le rotor est arrêté. Si la charge mécanique du moteur est forte (un ascenseur chargé par exemple, il démarrera difficilement.
    Les moteurs synchrones n’étaient donc pas utilisés lorsqu’il y avait un travail important à faire, comme le transport d’une charge. Ils sont par contre utilisés pour de petits moteurs dont la charge est fixe et qui doivent tourner à vitesse constante, le disque dur d’un ordinateur par exemple.

    Toutefois grâce à un procédé complémentaire, la « modulation de fréquence », on peut aujourd’hui les utiliser sur des ascenseurs, c’est ce que nous verrons demain.

Mercredi 3 juin 2015 à 7:47

Sciences et techniques

   J’ai eu l’occasion de visiter le musée des Mines qui est un musée de minéralogie, situé dans l’Ecole des Mines, boulevard Saint Michel, à Paris.
    Nous avons eu la chance d’avoir un guide, titulaire d’un mastère en géologie, dont les explications très claires étaient très intéressante, mais impossibles à retranscrire par écrit, car liées aux diverses vitrines, examinées tout au long de la visite des salles.
    Je ne chercherai donc qu’à vous donner, par quelques images, un aperçu des merveilles que l’on a vues, surtout si on aime les minéraux.

    Bien entendu on a pu voir des minéraux classiques, comme on en voit dans les vitrines de magasins, et comme le montrent les photos suivantes, mais ce n’était pas la partie la plus intéressante :

  ci dessous : du quartz                                                                                      des cristaux de soufre

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/62SalleBquartzgardetteweb.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/66SalleHsoufrenatif1web.gif



















une très grosse améthyste                                                             de la fluorite rose


http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/85SalleJamAthysteweb.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/78SalleIfluoriteweb.gif



















    On a vu de nombreux minéraux classiques, mais de dimensions cristallines surprenantes, comme vous pouvez le voir ci dessous :

   de la Franklinite, mauvais minerai de fer                                             une pépite géante de cuivre natif

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/42SalleAFRANKLINITE.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/39SalleAcuivreweb.gif



















   de la fayalite (silicate fer/magnésium)                                                 de l’azurite (carbonate de cuivre

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/98SalleLFayalite.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/95SalleKazuritedechessyweb.gif



















   des cristaux de halite (sel gemme)                                                       des cristaux de quartz

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/73SalleIHaliteN1613.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/87SalleJquartzdauphinoisweb.gif




















   de l’anglésite (sulfate de baryum)                                                         de la calcite de Fontainebleau

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/101SalleLanglesite.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/90SalleKcalcitefontainebleauweb.gif




















    Mais surtout nous n’avions jamais vu certains minéraux dont les formes sont extraordinaires et qui sont presque uniques; en voici quelques uns :

 des dendrites d’Argent                                                                            d’autres dendrites d’argent natif

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/61SalleBargentweb.gifhttp://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/70SalleHargentdendritesweb.gif



















de l’aragonite, chaux d’origine corallienne                                            
de l’halotrichite  (sulfate Fe/Al)

http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/43SalleAaragoniteweb.gif http://lancien.cowblog.fr/images/NatureSVT/99SalleLHalotrichite1.gif



















une « fleur de gypse » sur des parois
de galeries                          de la sépiolite, module d’écume de mer   
                                            
  
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J’espère vous avoir donné l’envie d’admirer une partie de la collection et de lire les explications que vous pourrez trouver sur sur la visite guidée :
http://www.musee.mines-paristech.fr/Collections/Visite/

Mardi 26 mai 2015 à 8:25

Sciences et techniques

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Depuis le 8 mars 2015, tous les logements doivent être équipés d’un détecteur donnant l’alerte en cas d’incendie, et beaucoup d’entre nous en avons installé un.
    Des correspondants me demande d’expliquer comment fonctionne cet appareil.

    Ces détecteurs utilisent comme principe la détection de la fumée produite par l’incendie. Pourquoi.?


    On pourrait essayer de détecter l’élévation de température produite par le feu. Mais celle ci n’est pas immédiate dans les pièces autres que celle où le feu a pris, et il y a des différences importantes de température dans un appartement, liées aux déplacements d’air, au soleil, à l’exposition des parois. La mesure ne serait pas fiable.
    On pourrait vouloir détecter les flammes qui sont lumineuses dans le visible et l’infrarouge. Mais il faudrait que le détecteur soit en vue directe du feu et de plus les mesures de spectrométrie nécessaires pour qu’il n’y ait pas de fausses alerte sont relativement complexes donc chères.

    Dans les fumées qui se propagent facilement dans toutes les pièces on pourrait faire une détection chimique. C’est le cas des détecteurs d’oxyde de carbone qui ast plus léger que l’air et que l’on détecte au plafond. Mais les détecteurs en cause sont plus chers et d’autre part un feu qui couve ne produit pas forcément beaucoup de monoxyde de carbone CO, mais du dioxyde CO2 moins facilement détectable.
    En fait la fumée qui est dégagée quand le feu commence, avant même les flammes, contient beaucoup de particules fines, notamment de carbone. Elle est due à une combustion incomplète de matériaux organiques, et est composée de petites poussières de quelques centièmes de microns, qui s’agrègent entre elles et ont le plus souvent un diamètre compris entre 1 et 10 microns (1 micron = 1/1000 de mm).

    La fumée est relativement opaque et absorbe les rayons lumineux et sur un mètre de distance, l’absorption due à une concentration de 1 gramme de particule par m3 est déjà très nette. Mais dans un détecteur la distance est de l’ordre du centimètre et la précision des mesures est trop faible.
    On se sert d’un autre phénomène, la diffusion des rayons lumineux par les particules. C’est le même phénomène que celui produit dans le brouillard, les rayons lumineux étant diffusés dans toutes les directions, sans être absorbés, d’où un aspect plutôt blanchâtre.
    C’est un phénomène complexe, que l’on peut mettre en équation, notamment pour des particules de très faible dimensions, nettement inférieures au micron, mais je serais incapable de refaire ces calculs que j’ai appris il y a bien longtemps. On appelle cela la « diffusion de Rayleigh ».
    Une propriété simple importante est que les rayonnement de fréquence élevée comme le bleu et le violet, sont beaucoup plus diffusés que les rayonnements de faible énergie comme le jaune et le rouge
    Cela explique que, lorsque vous regardez le soleil vous voyez les rayons venus directement sans diffusion, qui sont jaunes et rouges, alors que lorsque vous regardez le ciel, vous voyez les rayons très diffusés qui sont bleu.
    De même la fumée de cigarette qui monte est légèrement bleutée car la proportion de rayonnement bleus diffusés est plus grande.
    Dans le cas de fumée d’incendie, les particules sont plus grosses et lae phénomène de diffusion est un peu différent (mais tout aussi compliqué à calculer, on appelle cela la diffusion de Mie, qui est le premier physicien à imaginer ce calcul), et cette diffusion est indépendante de la longueur d’onde, et la lumière est, comme dans le brouillard ou les nuages peu épais, blanche puisque toutes les longueurs d’ondes sont diffusées. Puis lorsque les nuages s’épaississent l’absorption devient prépondérante et ils deviennent noirs, comme la fumée si elle contient beaucoup de particules de carbone.

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    Les détecteurs optiques d’incendie, sont basés sur ce principe.
    Une petite diode électroluminescente à très faible consommation, éclaire un petit volume d’air, dans une petite boîte dont les parois ne sont pas réfléchissantes, mais absorbent presque toute la lumière incidente.
    Un photodétecteur recueille la lumière, mais on masque celle que lui enverrait directement la diode.
    En temps normal il ne détecte pratiquement rien, toute la lumière étant absorbée par les parois
    Si de la fumée pénètre dans le volume de la petite boîte, elles diffusent la lumière émise par la diode  qui est alors détectée.
    Ce procédé est environ 100 fois plus sensible que la mesure de l’absorption directe par une fumée opaque.
    C'est le seul type de détecteur admis en France.
   
 http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/fonctionnementdetecteurdefumeeionisationschema300x240.jpg    Aux USA il existe d’autres détecteurs qui contiennent une source radioactive de très faible activité (de l’Américium 241 de période 432 ans. Cette source émet des particules alpha (noyaux d’hélium), qui ne parcourent que quelques cm dans l’air et sont absorbés par des parois même très minces (donc pas de danger).
    Un détecteur recueille ces particules et surtout les ions et les électrons arrachés aux atomes d’oxygène et d’azote de l’air de la boîte, ce qui produit un courant constant de référence. Le détecteur est composé de deux électrodes auxquelles on applique une tension électrique. Le champ électrique produit draine particules alpha, ions et électrons vers les deux électrodes.
     Lorsque la fumée emplit la boîte, elle absorbe une partie importante des particules alpha, des ions et des électrons, et le courant baisse, donnant ainsi un signal d’alerte.
    Ces détecteurs ont été interdits en France, en raison de la présence de la source radioactive, qui exigeait un recueil systématique de la source lors du démontage du détecteur, avant mise à la casse.

    Les détecteurs actuels sont relativement fiables et particulièrement adaptés aux incendies domestiques, qui peuvent  couver longtemps en émettant un peu de fumée, avant que n’apparaissent les flammes. Ils permettent de donner l’alerte avant l’apparition de celles ci et de protéger contre une intoxication pat les fumées;

Lundi 16 mars 2015 à 7:44

Sciences et techniques

Ci dessous, une "perceuse à microondes"

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    Je ne sais pas si vous avez vu une fois une boule de feu produite par la foudre ?
    Personnellement j’en ai vu deux fois étant jeune.
    La première fois, j’étais devant les carreaux de la fenêtre de ma chambre et je regardais notre jardin sous un orage et notamment le grand sapin d’une dizaine de mêtres à une vingtaine de mètres de la fenêtre. J’avais dix ans, en 1942.
    Un coup de tonnerre effrayant presque en même temps qu’une boule de feu très lumineuse au sommet de l’arbre, puis elle est descendu le long du tronc en faisant de la fumée et a disparu dans la terre en quelques dixièmes de seconde.
    Le lendemain, on a constaté que l’arbre était étêté : la cîme de trois mètres était par terre, en partie carbonisée. Et tout le long du tronc une entaille carbonisée, et au pied, une petite cuvette dans la terre avec des cailloux qui avaient fondu et formaient une sorte de céramique.
    La seconde fois c’était plus impressionnant ; j’étais dans la salle de séjour avec mes parents, ma soeur et mes frères, mes grands parents et une camarade de classe. Nous faisions nos devoirs sur la table; mes parents et grands parents étaient assis dans des fauteuils et mes frères jouaient à coté d’eux. J’avais à peine 15 ans.
L’orage grondait au dehors, les coups de tonnerre étaient de plus en plus proches des éclairs et donc il se rapprochait.
    Soudain près de la fenêtre on voit tomber du haut métallique une boule de feu d’une vingtaine de centimètres, qui semblait tourner sur elle même, rouge et très lumineuse, tandis qu’on entendait comme un essaim d’abeille bourdonner. Elle a traversé le buffet en bois et a disparu dans la cheminée en grésillant tandis qu’un coup de tonnerre assourdissant nous rendait sourds. Nos chevaux s’étaient dressés sur notre tête, pas de peur, mais chargés électrostatiquement, comme si on les avais frottés avec une peau de chat.
    Sur le moment on n’a pas peur, on n’a pas le temps cela dure moins de 5  secondes.
    Heureusement personne n’était sur le trajet de la boule, il aurait été électrocuté, carbonisé. On est restés pétrifié une minute, le cœur battant la chamade, puis on a constaté deux trous de 15 cm de diamètre dans le buffet, tout carbonisés autour et dans une pile d’assiette, une sur deux était brisée en plusieurs morceaux. La poutre en bois de la cheminée avait aussi des traces de brûlure.
   
    J’étais alors en terminale et je suis allé voir mon prof de physique le lendemain, pour avoir des explications. Il ne m’a pas dit grand chose.car, à l’époque le phénomène était mal connu.
    A l’époque, on pensait qu’il s’agissait d’un plasma ionisé, c’est a dire un gaz très chaud, à quelques centaines de milliers de degrés, c’est à dire d’atomes et molécules ayant perdu la plupart de leurs électrons. Quand la foudre tombe sur un paratonnerre, un courant de 30 000 d’ampères traverse le fil conducteur vers la terre et transporte 500 mégajoules. Il semblait plausible qu’un tel courant quand il n'y a pas de paratonnerre pour l'évacuer, chauffe l’air et qu’il y ait un énorme champ électromagnétique, qui confinerait cet air en boule.
    Puis les électrons regagnent leurs atomes et la boule disparait, aspirée par l‘appel d’air de la cheminée. Quant aux assiettes c’est un effet électrostatique, la pile d’assiette se comportant comme une série de condensateurs et celle au milieu de deux autres, figurant l’isolant cassant sous l’effet de la tension trop élevée, comme claque un condensateur en surtension.

    J’avoue que mon prof ne m’avait pas convaincu. Certes la boule était chaude, vu les trous carbonisés dans le bois, mais la fenêtre était intacte, juste fendue, mais le verre n’était pas fondu. Bizarre et mon prof n’en savait pas plus.

    A ma sortie de l’X j’ai lu en 1954/55 la théorie d’un physicien russe Piotr Kapitsa.
    Il prétendait que lorsque la foudre tombait, elle engendrait un large spectre de rayonnements, visibles, mais aussi ultraviolets, infra-rouges et aussi des microondes.
    Ces microondes pouvaient traverser le verre sans le fondre, et chauffer l’air de façon à le mettre en boule très chaude et former un plasma de très courte durée, à un endroit ou se croisaient les microondes directes et celles réfléchies par le sol.
    Mais un plasma se détruit en quelques millisecondes et la boule de feu dure bien plus longtemps.
    On n’était donc guère plus avancés que Tintin, dans les « Sept boules de cristal » (j’espère que vous l’avez lu au moins !!).

    En 2006 j’ai lu une étude du physicien israélien Eli Jerby, sur une » perceuse à micro-ondes » qu’il avait inventé. Dans un four, une électrode métallique focalise les micro-ondes et, lorsqu’elle est mise en contact avec un matériau de type céramique ou os,
elle crée un «point chaud » qui crée un trou par la vaporisation du matériau.
    Si l'électrode est retirée du matériau à percer, une boule flottante, d'une dizaine de ,centimètres de diamètre, rougeoyante, très similaire à la foudre en boule, est créée. Celle-ci dure tant que la puissance micro-onde est fournie et Eli Jerby pensait que ce n’était pas seulement l’air qui était chauffé, mais les poussières de silicium arrachées à la céramique et ce sont ces poussières qui permettaient une aussi longue durée du phénomène.
   
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/spectre.jpg    Je viens de lire une étude de 2014 au cours de laquelle des physiciens chinois ont pu, par hasard, analyser l’émission lumineuse d’une boule de feu de foudre (tombée sur le labo au cours d’une expérience de spectrographie), et déduire des raies spectrale, la présence de certains éléments (voir figure ci-contre) : fer, silicium, calcium, azote et oxygène (de l’air).
    La boule de feu était extraordinaire : elle faisait 5 mètres de diamètre, et s’est déplacée sur 15 mètres de long en 1, 64 secondes.
    Cela confirmerait la thèse d’Eli Jerby  et des essais ont été faits au synchrotron de Grenoble pour analyser la boule de feu de sa perceuse.


    La théorie serait que la foudre vaporise du sable (dioxyde de silicium) et du carbone de la végétation et à haute température le carbone réduit le dioxyde de silicium en silicium pur, réaction dont la chaleur  dégagée entretient la réaction tant qu’il y a des poussières sous forme de nanoparticules dans l’air.
    Des chercheurs brésiliens se sont amusé à attaquer des plaquettes de silicium avec des pointes de soudage électriques à haute température, et ils ont fait des « bulles de feu » de quelques centimètres de diamètre, mais les boules roulaient sur le sol sans flotter dans l’air.
    Donc il ne s’agit plus d’un simple plasma ionisé d’atomes d’azote et d’oxygène, comme le croyait mon prof de physique,  mais de poussières de silicium et éventuellement d’autres métaux vaporisées par la décharge électrique de la foudre, et de réactions d’oxydo-réduction, provoquées au départ par les microondes rayonnées par la foudre et entretenues par la chaleur qu’elles dégagent par réaction chimique exothermique.

    Je mourrai moins bête : une énigme de mon adolescence résolue. Enfin pas totalement. Ils n’ont pas expliqué pourquoi une boule sphérique et pas un cylindre ou un cône. Je reste sur ma faim !!! lol

Samedi 14 mars 2015 à 7:54

Sciences et techniques

http://lancien.cowblog.fr/images/Images2-1/banniereESSAI.jpg
http://lancien.cowblog.fr/images/Bloginformatique/MM.jpg
      J'ai la flemme d'écrire un intermède aujourd'hui.
      Alors je vous renvoie sur un autre blog que je vais lire de temps en temps et qui m'amuse.
http://tumourrasmoinsbete.blogspot.fr


     C'est une jeune caricaturiste, Marion Montaigne, qui fait de la vulgarisation scientifique par des caricatures; c'est original, certes un peu succinct sur le plan scientifique, mais exact et très amusant et elle a plein de talent et beaucoup d'imagination.
    
     J'espère que cela vous amusera.

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