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Par papynet le 29 Novembre 2023 à 08:39
On me demande parfois si les lampes led sont dangereuses pour la santé.
Si l’on entend par santé notre état général, il n’y a pas de risque car aucun rayonnement X n’est émis, et contrairement aux tubes fluorescent il n’y a pas de mercure qui peut s’échapper si on brise l’enveloppe. 5Cela dit, pour les tubes fluorescent la quantité est très faible et il n’y a pas de danger si on casse un tube.
Le problème est de savoir si leur lumière est sans conséquence pour nos yeux. On ne trouve pas beaucoup d’études dans ce domaine, car l’apparition des led dans l’éclairage des maisons est récente, mais Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail (Anses) a publié récemment un rapport d'expertise sur les effets sanitaires des systèmes d'éclairage utilisant des LED,
Par ailleurs on ne dispose pas d’un recul suffisant pour avoir une opinion définitive. Il peut falloir des années pour qu’un dommage de la rétine apparaisse.
La plupart des leds émettent une lumière très blanche, voire légèrement bleue, donc relativement énergique.
Une exposition importante à cette lumière pourrait entrainer un vieillissement prématuré de la rétine, favorisant l’apparition d’une dégénérescence maculaire (DMLA) ou son aggravation. Cette maladie dégrade progressivement la vision cen- trale, aboutissant à une vue dégradée devant soi.
Le risque est plus important pour les enfants au dessous de 10 ans, dont le cristallin n’absorbe pas les rayonnements de couleur bleue. C’est également le cas des personnes qui n’ont pas de cristallin, ou de celles qui ont été opérées de la cataracte et qui portent un cristallin artificiel.
Tout dépend de l’intensité de la lumière et de sa couleur, et de la durée d’exposition. Certaines profession exigent un éclairage important et demandent une lumière blanche intense (par exemple un bloc chirurgical).
Dans les LED bleues ou les LED à lumière blanche froide, c’est une diode bleue qui produit la lumière, dont le bleu est «transformé» par un produit phosphorescent pour obtenir du blanc. Ces deux types de diodes émettent donc une proportion de lumière bleue supérieure à celle de la lumière naturelle.
Il semble donc préférable d’éviter l’emploi des LED blanches et im est préférable de privilégier celles qui produisent une lumière chaude et de s’éloigner le plus possible de ces sources lumineuses, ou du moins de limiter les temps d’exposition des yeux (ne pas les employer comme lampe de chevet ou comme veilleuse, surtout pour les enfants).
Surtout il ne faut pas utiliser des lampes trop puissantes.
Enfin il faut savoir que, par construction la led est beaucoup plus lumineuse en son centre. Il faut donc éviter de fixer l’ampoule avec les yeux et il vaut mieux éviter les spots et utiliser des diffuseurs comme des abats-jours.
Donc pas de panique, ne jetez pas vos leds à la poubelle; les lampes que l’on trouve dans le commerce ne sont pas dangereuses si on respecte quelques précautions et qu’on n’utilise pas des lampes surpuissantes.
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Par papynet le 19 Novembre 2023 à 07:35
On me demande ce qu'est une plaque "oled". (les téléviseurs LG, Sony, Samsung)
Comme dans l’ampoule led, la partie éclairante est un semi conducteur, qui ne laisse passer le courant que dans un sens, et provoque 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 une surface importante.
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, définissent 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 était à l'origine de 14 000 heures dans les bleus, insuffisante et la diffusion de ces écrans a été lente. Mais aujourd'hui ce système concurrence les écrans LCD et plasma des téléviseurs, qui sont en voie de disparaître, et les écrans oled ont une 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 est insensible au dessus de 50 hz. Une telle transmission qui peut coder des 1 et 0, pourrait 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).
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Par papynet le 16 Novembre 2023 à 07:33
Extraction en Australie de minerai de lithium
Le numéro d’octobre 2023 de la revue « Sciences et Avenir a consacré un numéro très intéressant sur l’économie du lithium et les efforts de l’Europe pour prendre une part non négligeable du marché. Je vais essayer de vous le résumer.
Le lithium est actuellement utilisé dans 63 % des batteries, petites batteries notamment d’ordinateurs et de smartphones, mais surtout batteries de véhicules pesant plusieurs centaines de kilogrammes. Il est très intéressant par rapport au plomb ou au cadmium e-t un Nickel, du fait de son faible poids (densité 0,54, la moitié de celle de l’eau)
La production du lithium et celle de ses batteries est actuellement concentré dans quelques pays, caractéristique tout à fait exceptionnelle.
Les minerai de lithium sont pour 58% concentrés en Australie, Bolivie et Chili.
Mais surtout, en 2020, 60% du raffinage des ces minerais est effectuée par la Chine, qui, par ailleurs, produit 77 % des cellules de batteries au lithium et 60 % des accessoires de batteries. Il en résulte un prix très élevé du lithium : 60 000 € la tonne en 2023.
De plus le bilan carbone de la production de lithium en Chine est catastrophique, car elle utilise de l’électricité produite à partir de charbon : pour chaque tonne de lithium produit, 170 m3 d’eau consommée et 150 tonnes de CO2 produites, soit au total, chaque année, un milliard de tonnes de CO2, autant que la production réunie de la France, du Royaume Uni et de l’Italie !
La production chinoise est principalement faite à partir de minerai australien, qui est une roche dure, le spodomène qui est à l’origine de 60 %M de la production de lithium.Les 40 % autres, en Amérique latine, sont issus de marais salants où l’eau a,pendants des milliers d’années, arraché le métal de la roche. Certains marais au Chili peuvent atteindre une concentration de 1,2 g lithium par litre de saumure. Le procédé d’extraction utilise de l’aluminium et le lithium est ensuite séparé par des procédés d’osmose inverse à température normale : Ce procédé, dénommé DLE, mis au point par un métallurgiste français Eranet, rejette 3 fois moins de CO2, mais utilise 3 fois plus d’eau.
Devant ces monopoles, l’Europe a réagi et s’est donné un objectif impressionnant.
Elle a d’abord recensé ses ressources naturelles, qui sont de l’ordre de 52 millions de tonnes d’oxyde de lithium, permettant de produire 24 millions de tonnes de métal.
La France possède quelques ressources de roches à une teneur exploitable en oxyde de lithium, dont le site de Beauval avec 320 000 tonnes dans une ancienne mine de kaolin, qui pourrait produire 34 000 tonnes par an, à partir de 2028, de quoi équiper 700 000 voitures. (voir carte ci-contre)Une ressource très intéressante : le bassin rhénan entre Mulhouse et Mannheim, qui possède des poches de saumure à 3000 à 4000 m de profondeur. Cette saumure chaude peut être utilisée pour produire de l’énergie de telle sorte que l’extraction du lithium soit neutre en bilan carbone.
Le groupe (Peugeot-Citoën-Opel-Fiat-Chrysler) associé à une petite startup allemande, Vulcan Energy, qui fait du traitement du lithium, et Eranet, associé à Electricité de Strasbourg, exploiteront deux sites différents.
Le procédé utilisé sera le DLE que Eranet teste actuellement dans une usine à Centenario en Argentine, qui ouvrira en 2024.Par ailleurs l’Europe va construire de très grandes usines de production de batteries, dont la première a été inaugurée le 30 mai 2023, dans le Pas de Calais.
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Par papynet le 3 Juillet 2023 à 07:52
Hier nous avons rappelé quelques propriétés de l’électromagnétisme et nous avons vu la différence entre un moteur synchrone et asynchrone.
Mais mon lecteur 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 quelques années, 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).
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 à. ± 1cm près.
Mais de tels moteurs sont bruyants et consommateurs d’électricité.
La modulation de fréquence et un moteur synchrone :
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 » :
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 :
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.
Les prix sont évidemment variables suivant l’installateur, la grandeur de l’ascenseur, la hauteur de l’immeuble. Ils sont de l’ordre de 35 000 €, pour des immeubles moyens, se répartissant approximativement en 12 000 € pour la motorisation, 18 000 pour l’armoire et le câblage électrique, et 5 000 € pour la signalisation et les commandes en cabine ou sur les paliers.
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Par papynet le 2 Juillet 2023 à 07:39
Un de mes lecteurs a reçu de son syndic, en vue d’une assemblée générale de copropriété, un projet de rénovation de l’ascenseur de son immeuble et il 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 :
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).
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).
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.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 »
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 956 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.
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.(enfin dans les vieux ordinateurs, car c'est maintenant un SSD, analogue à une clé USB)
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.
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