Après l'article sur l'appareil photo télécommandé on nous a demandé si les modules yoctopuce pouvaient être utilisés pour photographier des scènes notoirement difficiles à prendre en photo, comme un ballon de baudruche qui éclate. On n'allait pas laisser passer un défi pareil.
L'idée est de gonfler un ballon de baudruche avec un gaz explosif et de le faire littéralement exploser tout en le prenant en photo. Comme il y a de bonne chances pour qu'on ait à faire beaucoup d'essais, on va fabriquer un système automatique qui se chargera de gonfler le ballon, de le faire exploser et de prendre la photo. Avantage non négligeable, cela nous permettra aussi d'assister à l'expérience à bonne distance.
Remplissage du ballon
Il faut donc remplir le ballon d'un mélange explosif, a savoir un gaz combustible et de l'oxygène (ou un autre comburant). Ce mélange devra être réalisé dans les proportions idéale afin que l'explosion soit optimale: on aimerait photographier quelque chose d'un peu spectaculaire, pas juste une grosse flamme.
Il se trouve qu'il existe un moyen relativement simple et accessible de remplir ces conditions: l'électrolyse de l'eau. En effet si on fait passer de l'électricité dans de l'eau, les molécules d'eau (H20) se décomposent en molécules d'hydrogène (H2) et d'oxygène (O2). On obtient alors un mélange gazeux de carburant et de comburant dans les proportion idéales.
L'idée est de fabriquer de l'hydrogène et de l'oxygène, de remplir un ballon avec et de le faire exploser
En pratique on a construit une cuve en Plexiglass munie deux électrodes. Un tube flexible sort de cette cuve et est relié au ballon.
On a construit un cuve à électrolyse en Plexiglass
Un point de sécurité important: au moment de l'explosion, le ballon doit impérativement être isolé de la cuve, sinon l'explosion va se propager, rejoindre la cuve et la faire éclater avec tout les risques que cela comporte. On a réglé le problème en remplissant la cuve au maximum pour éviter que trop gaz ne s'y accumule et en installant une électro-vanne entre la cuve et la ballon.
La cuve et le ballon doivent pouvoir être isolés, ici on utilise une électro-vanne.
On a récupéré la multiprise télécommandable utilisée dans cet article, et nous avons branché dessus l'alimentation de l'électrolyse et l'alimentation 24V de la vanne. Ainsi, dès que l'on active la multi-prise, la vanne s'ouvre et l'électrolyse débute. Dès que l'on coupe le courant dans la multi-prise, l'électrolyse s'arrête et la vanne se referme. Pour finir, on intercale un Yocto-Watt entre la cuve et son alimentation. Ainsi on va pouvoir savoir combien d'énergie on injecte dans la cuve, la quantité gaz produit étant directement proportionnelle à cette énergie, on va pouvoir contrôler le gonflage du ballon.
Le dispositif de gonflage du ballon au complet
Allumage
Arrivé à ce point on dispose d'un ballon de baudruche rempli d'un mélange gazeux qui n'a qu'une envie: se recombiner en molécules d'eau tout en restituant brutalement toute l'énergie qui a été utilisée pour le produire. Bref la moindre étincelle suffira à le faire exploser. Pour cela, après divers essais, nous avons porté notre choix sur l'utilisation d'un flash d'appareil photo jetable.
Le cicuit électronique d'un flash d’appareil photo jetable permet de faire de très jolies étincelles
Un flash électronique est constitué d'une ampoule de verre dans laquelle un arc électrique est déclenché entre deux électrode. En fait, une ampoule flash a trois pôles: un à chaque extrémité et un troisième qui sert à amorcer le tube en ionisant le gaz dans l'ampoule à l'aide d'une haute tension.
C'est ce troisième pôle qui nous intéresse: lorsque l'on appuie sur le déclencheur il va apparaitre entre la masse du tube et cette borne une tension de plusieurs milliers de volts, suffisant pour produire une étincelle entre deux électrode espacées d'un petit millimètre.
Vous l'aurez compris, démonter un flash comporte des risques. l'électronique d'un flash contient des composants qui peuvent générer des tensions considérables à partir d'une simple pile. Il y a en particulier un gros condensateur qui peut être chargé a 300V même en l'absence de pile. Ce condensateur peut être neutralisé en court-circuitant ses pattes l'aide d'un tournevis isolé (Attention a l'étincelle).
Re-câblage du circuit du flash
En pratique on a câblé l'alimentation et le déclencheur de l'électronique du flash sur un Yocto-Relay, et deux des fils de l'ampoule sur des électrodes qui seront dans le ballon gonflé d'hydrogène et d'oxygène. On a aussi court-circuité le bouton qui sert à charger le flash manuellement, ainsi le flash se charge dès qu'il est alimenté. Il suffit alors d'alimenter l'électronique pendant un bonne dizaine de secondes pour charger le condensateur, puis de court-circuiter les contacts du déclencheur pour produire une étincelle entre les deux électrodes.
Pour que l’étincelle se produise à l'intérieur du ballon on a construit un embout qui n'est rien d'autre qu'un tube de Plexiglass empli de résine et traversé d'un tube pour le remplissage et de deux bouts de corde a piano qui font office d'electrodes.
L'embout de remplissage du ballon
Software
La partie hardware est terminée, reste la partie software qui est relativement simple. Il suffit d'écrire un petit soft qui allume la multi-prise, ce qui ouvre l'électro-vanne et démarre l'électrolyse. Il faut ensuite monitorer le Yocto-Watt et couper le courant dans la multi-prise une fois qu'on a atteint la quantité d'énergie désirée, 10Wh par exemple. A raison de 7V@10A, il faut une dizaine de minutes pour remplir le ballon. Une fois le ballon rempli, on charge le flash en l'alimentant pendant une dizaine de secondes.
Il ne reste plus qu'à déclencher l'étincelle et l'appareil photo avec le bon intervalle, en tenant compte du fait que l'appareil va prendre quelques dizaines de ms pour effectivement prendre la photo. Pour déterminer l'intervalle idéal, on a cherché a photographier l'étincelle. Pour ce faire, on a utilisé une méthode dichotomique:
Calcul empirique de l'intervale idéal entre les commande d'allumage de prise de vue
On commence par un temps de pause d'une seconde et on déclenche l'appareil puis l'étincelle avec un intervalle de 0ms. Si tout fonctionne correctement, l'étincelle sera forcément photographiée. On divise ensuite le temps de pose par deux, et on fait deux photo une avec un intervalle de 0ms et une autre de 500ms. L'étincelle va apparaître sur une seule des deux photos. On répète l'opération une dizaine de fois en divisant le temps de pause par deux et en ajoutant, si nécessaire, le temps de pause à l'intervalle. On détermine ainsi la valeur idéale pour l'intervalle à 1ms prêt. Inutile d'essayer de descendre plus bas: les trames USB 1.1 sont envoyées toutes les ms.
Les déclenchement sont effectués a l'aide de la fonction fonction delayedPulse du Yocto-Relay ainsi les timings sont réalisés directement dans les Yocto-Relay et ne dépendent pas de l'ordinateur de contrôle et des délais de transmission USB.
On photographie l'étincelle pour déterminer le bon timing. Croyez le ou non, la photo n'a pas été retouchée
Comme on n'avait pas très envie de rester à coté de l'installation en fonctionnement, on a codé tout ça sous la forme d'un petit serveur web, ce qui permet contrôler l'installation en WiFi depuis un smart phone tout en restant à distance respectable. On n'est jamais trop prudent.
L'expérience est contrôlée à distance, depuis un smart phone
Fire in the hole
Bien, on a fait le tour du problème il n'y a plus qu'a essayer. Tout le personnel est prié d'évacuer l'aire d’expérimentation.
Et voila quelque-unes des photos prises automatiquement par l'installation. L'explosion dure environ 5 millisecondes, pendant lesquelles elle a la même apparence qu'une flamme avant de disparaître entièrement.
Boum.
Sur la photo de droite, notez les débris de ballons projetés
Attention! Danger!
Bien évidement, nous vous déconseillons fortement d'essayer de reproduire cette expérience chez vous. Néanmoins si vous décidiez de passer outre, soyez extrêmement prudent. Cette expérience présente de nombreux risques pouvant mener à des blessures graves.
Utilisez votre tête et ne faites pas ça tout seul. Par ailleurs, sachez que nous avons volontairement passé sous silence certains détails pratiques de l'expérience pour que vous ayez à vous pencher sérieusement sur le sujet avant de vous lancer.
