Version du 23 janvier 2025 à 23:24

FOI

Coller ici le pitch de l'oeuvre

Présentation du projet

Au cours de cette semaine, l'objectif sera de trouver une solution pour faire fondre les bougies efficacement, et de concrétiser cette solution.

Dans un premier temps, nous passerons par une phase de réflexion sur la matière de la plaque sur laquelle nous allons faire fondre les bougies. En effet, il faut que la matière soit cohérente avec le propos artistique, tout en étant résistante à la chaleur.

Ensuite, nous réfléchirons à la manière dont nous allons chauffer la plaque sur laquelle seront les bougies, avant de commander les composants nécessaires à la réalisation du projet.

Enfin, nous réaliserons les tests de chauffe de la plaque, afin de valider la fonte des bougies, puis nous utiliserons un module Arduino pour gérer la température de la plaque, en jouant sur l'alimentation du système de chauffe.

Collaboration artiste-ingénieur

Réflexion sur la matière de la plaque

La cire des bougies utilisées est de la cire de paraffine. Sa température de fonte est estimée entre 45 et 75 degrés. Nous devrons choisir le matériau en tenant compte des températures minimales pour faire fondre la cire. En effet, le système de chauffe sera situé en dessous de la plaque sur laquelle reposeront les bougies. Par le principe de conduction thermique, la température en surface sera donc inférieure à la température en dessous de la plaque, à proximité du système de chauffe (voir la figure ci-dessous).

INSÉRER LE SCHÉMA DE LA CONDUCTION THERMIQUE

En premier lieu, l'artiste souhaitait faire fondre ses bougies sur un fond transparent. Deux solutions sont alors apparues : le verre et le plexiglas. Pour des raisons budgétaires, le verre n'a pas été retenu. Le plexiglas, quant à lui, réalise une transition vitreuse aux alentours de 100 degrés. Or, le plexiglas est un mauvais conducteur thermique, et si l'on veut que la température de la plaque, à sa surface, soit d'environ 75 degrés, il faudra chauffer à environ 100 degrés, en dessous de la plaque. Ainsi, la solution n'était pas réalisable. Par conséquent, l'idée d'une surface transparente a été abandonnée.

L'élève ingénieur a alors proposé de réaliser la plaque avec une tôle d'aluminium, qui possède des caractéristiques thermiques intéressantes. Cependant, ce matériau n'apportait aucun intérêt à l'artiste dans le propos de son œuvre.

A la suite de recherches, l'idée d'une plaque en pierre bleue s'est distinguée. En effet, la pierre bleue est souvent utilisée dans la construction d'églises, d'où proviennent les cierges, apportant une cohérence au choix de ce matériau. Malgré une conduction thermique faible, la pierre possède une bonne résistance thermique, permettant de chauffer fortement le dessous de celle-ci.

INSERER UNE PHOTO DE LA PIERRE CHOISIE

Réflexion sur le système de chauffe de la plaque en pierre bleue

Le système de chauffe est l'élément principal pour le bon fonctionnement du projet.

Nous avons dans un premier temps pensé à utiliser un câble chauffant, apposé directement sur le dessous de la plaque. Cependant, ce système, habituellement utilisé dans les tuyaux et canalisations afin d'éviter le gel, ne pouvais chauffer qu'à 70 degrés. Malgré une température de chauffe maximale intéressante (~250 degrés), la solution d'une pastille chauffante n'a pas été retenu pour des raisons budgétaires.

Nous avons alors eu l'idée de poser la plaque sur un appareil à raclette, et d'utiliser sa résistance comme système de chauffe pour notre pierre.

Déroulement des essais

Protocole

La pierre bleue est posée sur un appareil à raclette. Grâce à la conduction thermique à travers la pierre, la surface de la pierre va également chauffer, et faire fondre les cierges. Nous avons placé une caméra thermique au dessus de notre installation, afin de pouvoir relever la température du dessus de la plaque.

Photo de l'installation lors du 1er test

1er test : petit appareil à raclette non isolé

Voici les relevés de température en fonction du temps :

- 0:00 -> 19.6°C
- 9:07 -> 71.3°C DÉBUT DE LA FONTE DES CIERGES
- 15:08 -> 86.8°C ARRÊT DE L'APPAREIL A RACLETTE
- 19:20 -> 88.8°C LA TEMPÉRATURE COMMENCE A DESCENDRE
- 34:27 -> 69.5°C

Température de la plaque au cours de l'essai

Ce 1er test nous a permis de valider l'utilisation d'un appareil à raclette pour chauffer la pierre bleue. Cependant, nous avons pu y faire quelques observations en vue d'améliorations :

- L'appareil à raclette est capable de chauffer la pierre plus fortement que ce dont nous avons besoin : il serait judicieux de gérer l'alimentation de l'appareil en fonction de la température de la pierre, grâce à un code Arduino.
- La pierre chauffe exclusivement aux alentours proches de l'appareil, la diffusion n'est pas uniforme, il faudrait un appareil plus grand afin de chauffer une surface plus grande.
- Malgré les pertes thermiques dues au manque d'isolation, la plaque continue de chauffer jusqu'à 5 minutes après l'arrêt du chauffage. Il faudra prendre en compte cela dans la gestion de l'alimentation de l'appareil.

2ème test : Gros appareil avec isolation

Pour ce deuxième test, nous avons utilisé un appareil à raclette plus gros, et nous avons réalisé un coffrage en bois, isolé grâce à de la laine de roche, afin de limiter les pertes thermiques. La plaque en pierre bleue est ensuite posée sur le coffrage.

Photo de l'installation finale

Lorsque le bois atteint une température de 200 degrés, les composés gazeux qui y sont contenus, s'échappent et brûlent. Malgré l'isolation thermique assurée par la laine de roche, nous avons décidé de contrôler la température à proximité du bois, grâce à un thermocouple branché à un multimètre.

Photo du multimètre qui affiche la température du bois

Réalisation du coffrage

La réalisation du coffrage était une étape importante de la réalisation du projet. En effet, lors du premier test, la chauffe de la plaque prenait beaucoup de temps à cause des pertes thermiques. Nous avons donc décidé d'enfermer l'appareil dans un coffrage en bois et de l'isoler grâce à de la laine de roche.

Essais de montée en température

Essai 2

Nous avons branché l'appareil à raclette, et avons laissé chauffer la plaque jusqu'à 75 degrés, avant d'éteindre, et de laisser refroidir.

Évolution de la température de la pierre bleue en fonction du temps

Malgré le fait que nous avons débranché l'appareil lorsque la plaque était à 75 degrés, la température a continué à monter pendant 4 minutes, jusqu'à atteindre 83 degrés, avant de redescendre lentement.

De plus, nous avons remarqué la fonte des bougies lorsque la plaque était à 65 degrés, et la re-solidification à la même température, à la redescente en température.

Enfin, la fonte des bougies a été trop rapide pour l'artiste, dans les prochains essais, nous éteindrons plus tôt l'appareil à raclette, et nous calibrerons le capteur de température.

Vérification de la température du bois au cours de l'essai

Nous avons relevé les températures du bois, sur le multimètre, et nous avons pu tracer l'évolution de celle ci sur la courbe ci-dessous :

Évolution de la température du bois pendant l'essai 2

Nous avons ainsi observé que la température du bois n'excédait pas 40 degrés, et assuré la validité de notre système d'isolation.

Essai 3 : Test du code Arduino

Pour ce dernier essai, nous allons brancher le capteur de température Arduino, afin de vérifier notre code.

Bien que nous n'ayons pas de relai pour couper l'alimentation, nous allons vérifier le bon fonctionnement du code grâce à une LED. Celle-ci s'allumera lorsque la température du capteur sera trop élevée, et ne s'éteindra pas jusqu'à ce que le capteur ne soit pas redescendu suffisamment. Lorsque la LED s’éteindra, cela signifiera que nous devons rebrancher l'appareil à raclette.

Codage Arduino

Par manque de temps, nous n'avons pas pu monter le système de commande de l'alimentation de l'appareil à raclette. Il faudra donc acheter un relai, qui allumera et éteindra ce dernier. Nous allons utiliser un capteur de température Arduino. Lorsque celle-ci atteindra une certaine valeur, le code permettra d'éteindre l'appareil, jusqu'à ce que la pierre redescende suffisamment en température.

// Capteur de temperature DHT11
#include "DHT.h"
// Definit la broche de l'Arduino sur laquelle la 
// broche DATA du capteur est reliee 
#define DHTPIN 2
#define RELAIS 6
// Definit le type de capteur utilise
#define DHTTYPE DHT11
// Declare un objet de type DHT
// Il faut passer en parametre du constructeur 
// de l'objet la broche et le type de capteur
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
int led = 13;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(led, OUTPUT); 
  pinMode(RELAIS, OUTPUT);
  // Initialise la capteur DHT11
  dht.begin();
}
void loop() {
  // Recupere la temperature du capteur et l'affiche sur le moniteur serie
  Serial.println("Temperature = " + String(dht.readTemperature())+" °C");
  if (dht.readTemperature()<65) {
    digitalWrite(RELAIS, HIGH); // Cette ligne sert à contrôler le relais
    digitalWrite(led, HIGH); //Cette ligne sert à  l'allumage de la LED
  } else {
    digitalWrite(RELAIS, LOW); 
    digitalWrite(led, LOW); //Cette ligne sert à éteindre la LED quand la température redescend
  }
}

Conclusion

Au cours de cette semaine, le projet FOI a pris vie. Après une étape de réflexion sur le choix du matériau, et sur le système de chauffe, les essais menés ont été concluant.

En effet, l'objectif de faire fondre les bougies est atteint, et le code qui permet de contrôler l'alimentation de l'appareil à raclette fonctionne.

La dernière étape dans la concrétisation de ce projet, sera d'ajouter le relais (ou le variateur) qui permettra de gérer la température de la plaque.

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