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CommentStreams:D90057375c62c4b5a3f1d4b184304278

2025-06-06T07:36:18Z

Occitan :

Merci pour cette idée fort poétique servie par un beau texte et de beaux dessins !

Cordialement.{{DISPLAYTITLE:
Bravo !
}}

Table à lame d'air

2025-01-31T08:10:17Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<nowiki><translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..</nowiki>

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air (figure 3). Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe (utilisation d'air comprimé ?).

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Synthèse et conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement, par des petits tests simples, que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun (respiration, parole, toux contrôlée) et pour les envoyer rapidement vers le haut, empêchant ainsi les contaminations par des maladies respiratoires.

On a par la suite envisagé différents dispositifs pour récupérer ces aérosols contaminés et les neutraliser :

- Un système de tente avec une aspiration qui renvoie l’air vicié vers un module de désinfection (UVC) ou de piégeage (filtre HEPA). En sortie de ce module, l’air peut être remis dans la salle sans risque. C’est un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où aucun dispositif de récupération et d’aspiration des aérosols n’est nécessaire. La lame d’air renvoie directement les aérosols vers le plafond où ils sont dilués et désinfectés par des luminaires UVC utilisables avec du public (Philipps). C’est également un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où les aérosols sont envoyés sur un faux plafond comportant des grilles d’aspiration, avant d’être renvoyés à l’extérieur pour y être dilués. Il faut toutefois prévoir une entrée compensatrice d’air frais qu’il est intéressant d’aménager sur le principe d’une ventilation double flux pour l’efficacité thermique.

Dans tous les cas, la lame d’air joue son rôle de récupération et de transport rapide des aérosols loin des convives, ce qu’aucune ventilation globale acceptable ne pourrait faire.

Si l’idée première a concerné la table avec tente de récupération pour une utilisation familiale ou pour des restaurants, il s’avère après réflexion qu’il y a un grand intérêt à simplifier le système pour l’envisager dans la restauration de masse, comme les cantines scolaires ou d’entreprises ainsi que les EHPADs. On peut noter que la restauration utilisant des plateaux est particulièrement compatible avec la présence indispensable de la lame d’air.

A la suite de quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et n’est pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

Il reste cependant pas mal de points à optimiser, comme la lame d’air qui doit être à la fois efficace et non bruyante. Toutefois les quelques essais que j’ai effectués sont très encourageants.

En conclusion, la table à lame d'air représente une solution prometteuse pour réduire la transmission des aérosols dans les cantines, tout en permettant aux convives de partager un repas en toute sécurité et convivialité.

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Table à lame d'air

2025-01-21T18:43:18Z

Occitan :

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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
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été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air (figure 3). Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Synthèse et conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement, par des petits tests simples, que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun (respiration, parole, toux contrôlée) et pour les envoyer rapidement vers le haut, empêchant ainsi les contaminations par des maladies respiratoires.

On a par la suite envisagé différents dispositifs pour récupérer ces aérosols contaminés et les neutraliser :

- Un système de tente avec une aspiration qui renvoie l’air vicié vers un module de désinfection (UVC) ou de piégeage (filtre HEPA). En sortie de ce module, l’air peut être remis dans la salle sans risque. C’est un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où aucun dispositif de récupération et d’aspiration des aérosols n’est nécessaire. La lame d’air renvoie directement les aérosols vers le plafond où ils sont dilués et désinfectés par des luminaires UVC utilisables avec du public (Philipps). C’est également un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où les aérosols sont envoyés sur un faux plafond comportant des grilles d’aspiration, avant d’être renvoyés à l’extérieur pour y être dilués. Il faut toutefois prévoir une entrée compensatrice d’air frais qu’il est intéressant d’aménager sur le principe d’une ventilation double flux pour l’efficacité thermique.

Dans tous les cas, la lame d’air joue son rôle de récupération et de transport rapide des aérosols loin des convives, ce qu’aucune ventilation globale acceptable ne pourrait faire.

Si l’idée première a concerné la table avec tente de récupération pour une utilisation familiale ou pour des restaurants, il s’avère après réflexion qu’il y a un grand intérêt à simplifier le système pour l’envisager dans la restauration de masse, comme les cantines scolaires ou d’entreprises ainsi que les EHPADs. On peut noter que la restauration utilisant des plateaux est particulièrement compatible avec la présence indispensable de la lame d’air.

A la suite de quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et n’est pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

Il reste cependant pas mal de points à optimiser, comme la lame d’air qui doit être à la fois efficace et non bruyante. Toutefois les quelques essais que j’ai effectués sont très encourageants.

En conclusion, la table à lame d'air représente une solution prometteuse pour réduire la transmission des aérosols dans les cantines, tout en permettant aux convives de partager un repas en toute sécurité et convivialité.

 </translate>
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{{Notes
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Table à lame d'air

2025-01-21T18:39:39Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
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}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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|Step_Picture_03=Table___lame_d_air_Proto_4.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<nowiki><translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..</nowiki>

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air (figure 3). Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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On a par la suite envisagé différents dispositifs pour récupérer ces aérosols contaminés et les neutraliser :

- Un système de tente avec une aspiration qui renvoie l’air vicié vers un module de désinfection (UVC) ou de piégeage (filtre HEPA). En sortie de ce module, l’air peut être remis dans la salle sans risque. C’est un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où aucun dispositif de récupération et d’aspiration des aérosols n’est nécessaire. La lame d’air renvoie directement les aérosols vers le plafond où ils sont dilués et désinfectés par des luminaires UVC utilisables avec du public (Philipps). C’est également un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où les aérosols sont envoyés sur un faux plafond comportant des grilles d’aspiration, avant d’être renvoyés à l’extérieur pour y être dilués. Il faut toutefois prévoir une entrée compensatrice d’air frais qu’il est intéressant d’aménager sur le principe d’une ventilation double flux pour l’efficacité thermique.

Dans tous les cas, la lame d’air joue son rôle de récupération et de transport rapide des aérosols loin des convives, ce qu’aucune ventilation globale acceptable ne pourrait faire.

Si l’idée première a concerné la table avec tente de récupération pour une utilisation familiale ou pour des restaurants, il s’avère après réflexion qu’il y a un grand intérêt à simplifier le système pour l’envisager dans la restauration de masse, comme les cantines scolaires ou d’entreprises ainsi que les EHPADs. On peut noter que la restauration utilisant des plateaux est particulièrement compatible avec la présence indispensable de la lame d’air.

A la suite de quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et n’est pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

Il reste cependant pas mal de points à optimiser, comme la lame d’air qui doit être à la fois efficace et non bruyante. Toutefois les quelques essais que j’ai effectués sont très encourageants.

En conclusion, la table à lame d'air représente une solution prometteuse pour réduire la transmission des aérosols dans les cantines, tout en permettant aux convives de partager un repas en toute sécurité

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Table à lame d'air

2025-01-21T18:35:18Z

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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

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[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

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été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air (figure 3). Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement, par des petits tests simples, que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun (respiration, parole, toux contrôlée) et pour les envoyer rapidement vers le haut, empêchant ainsi les contaminations par des maladies respiratoires.

On a par la suite envisagé différents dispositifs pour récupérer ces aérosols contaminés et les neutraliser :

- Un système de tente avec une aspiration qui renvoie l’air vicié vers un module de désinfection (UVC) ou de piégeage (filtre HEPA). En sortie de ce module, l’air peut être remis dans la salle sans risque. C’est un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où aucun dispositif de récupération et d’aspiration des aérosols n’est nécessaire. La lame d’air renvoie directement les aérosols vers le plafond où ils sont dilués et désinfectés par des luminaires UVC utilisables avec du public (Philipps). C’est également un système autonome qui peut fonctionner en circuit fermé, même si une salle ventilée est recommandée.

- Un système où les aérosols sont envoyés sur un faux plafond comportant des grilles d’aspiration, avant d’être renvoyés à l’extérieur pour y être dilués. Il faut toutefois prévoir une entrée compensatrice d’air frais qu’il est intéressant d’aménager sur le principe d’une ventilation double flux pour l’efficacité thermique.

Dans tous les cas, la lame d’air joue son rôle de récupération et de transport rapide des aérosols loin des convives, ce qu’aucune ventilation globale acceptable ne pourrait faire.

Si l’idée première a concerné la table avec tente de récupération pour une utilisation familiale ou pour des restaurants, il s’avère après réflexion qu’il y a un grand intérêt à simplifier le système pour l’envisager dans la restauration de masse, comme les cantines scolaires ou d’entreprises ainsi que les EHPADs. On peut noter que la restauration utilisant des plateaux est particulièrement compatible avec la présence indispensable de la lame d’air.

A la suite de quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et n’est pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

Il reste cependant pas mal de points à optimiser, comme la lame d’air qui doit être à la fois efficace et non bruyante. Toutefois les quelques essais que j’ai effectués sont très encourageants.

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Table à lame d'air

2025-01-21T16:16:26Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
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{{Materials
|Material=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air (figure 3). Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
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Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Fichier:Table lame d air salle cantine circulation air.jpg

2025-01-21T16:15:02Z

Occitan : Table___lame_d_air_salle_cantine_circulation_air

Table___lame_d_air_salle_cantine_circulation_air

Table à lame d'air

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Occitan :

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Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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|Step_Content=<nowiki><translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..</nowiki>

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air. Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
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Table à lame d'air

2025-01-20T15:26:30Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
|Difficulty=Medium
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|Cost=500
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
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{{Materials
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
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été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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{{Tuto Step
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)

'''Nota:''' Pour alimenter la réflexion, ce lien me semble très intéressant: [https://www.airtecnics.com/ Air curtains Manufacturer Specialist | Door Air curtain suppliers]</translate>
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|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air. Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
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Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Table à lame d'air

2025-01-18T13:47:45Z

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
|Difficulty=Medium
|Duration=7
|Duration-type=day(s)
|Cost=500
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
|Step_Picture_00=Table_lame_d_air_Global_1.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Armenie_5.mp4
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air. Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour en réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Salle_cantine.png
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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{{Tuto Status
|Complete=Published
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Fichier:Table lame d air salle cantine echangeur 2.jpg

2025-01-18T13:47:34Z

Occitan : Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur_2

Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur_2

Fichier:Table lame d air salle cantine echangeur.jpg

2025-01-18T13:45:58Z

Occitan : Occitan a téléversé une nouvelle version de Fichier:Table lame d air salle cantine echangeur.jpg

Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur

Table à lame d'air

2025-01-18T13:39:49Z

Occitan :

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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

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été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)</translate>
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{{Tuto Step
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Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air. Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

'''Nota 1:''' La validité du concept de la figure 1repose entièrement sur les spécifications de Philipps

'''Nota 2:''' Compte tenu du matériel conséquent à investir pour en réaliser une maquette fonctionnelle de la figure 2, je n'ai pas pu tester la validité de l'idée.

'''Nota 3:''' On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Salle_cantine.png
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
}}
{{PageLang
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{{Tuto Status
|Complete=Published
}}

Table à lame d'air

2025-01-18T13:23:05Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
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}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
|Step_Picture_00=Table_lame_d_air_Global_1.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Proto_2.jpg
|Step_Picture_02=Table___lame_d_air_Proto_3.jpg
|Step_Picture_03=Table___lame_d_air_Proto_4.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (figure 1): https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration (figure 2). L'air vicié récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant insufflé à travers un faux plancher muni de grilles d'aération. A l'intérieur de ce mouvement d'air général allant du sol au plafond, les lames d'air des tables jouent leur rôle de collection et transport d'air contaminé bien plus rapidement que ne le ferait le mouvement global de l'air. Les lames d'air peuvent être alimentées par des turbines individuelles ou par une alimentation par des tubes alimentés depuis le circulateur externe.

On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Table à lame d'air

2025-01-18T13:03:31Z

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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

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été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises ou les EHPAD. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration. L'air récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant.

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
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{{Notes
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Fichier:Table lame d air salle cantine echangeur.jpg

2025-01-18T13:03:12Z

Occitan : Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur

Table___lame_d_air_salle_cantine_echangeur

Table à lame d'air

2025-01-17T09:52:21Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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|Step_Picture_03=Table___lame_d_air_Proto_4.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)</translate>
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Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

- Soit aspirés par un faux plafond percé d'une grille d'aspiration. L'air récupéré peut ainsi être renvoyé vers l'extérieur au travers d'un échangeur thermique permettant de réchauffer l'air entrant.

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Une autre voie qui permettrait une grande simplification et une réduction des couts pour la restauration collective serait d'aspirer les aérosols non plus par une tente mais par un faux plafond muni de grilles d'aspiration (Idée à tester)

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Table à lame d'air

2025-01-17T09:35:28Z

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On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

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Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

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été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

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'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace. Je suggère l'utilisation d'une grille d'aspiration type hotte aspirante (non testé ici)

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).

4) Se passer totalement de la tente de récupération en aspirant l'air contaminé dans un faux plafond afin de le renvoyer à l'extérieur. (suggestion non vérifiée)</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Salle_cantine.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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{{Tuto Status
|Complete=Published
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Table à lame d'air

2025-01-10T17:41:55Z

Occitan :

{{Tuto Details
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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.
Comme les virus respiratoires sont de nouveau de retour, je remets mon projet en tête de gondole, pour les quelques rares visiteurs de ce site.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
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|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
|Step_Picture_00=Table_lame_d_air_Global_1.jpg
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Global_2.jpg
|Step_Picture_02=Table___lame_d_air_Global_3.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace.

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Faucheuse guidée par GPS RTK

2024-06-07T12:22:45Z

Occitan : Annulation des modifications 171152 de Jameslukna (discussion)

{{Tuto Details
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|Description=<translate>Cette faucheuse robot est capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres.</translate>
|Area=Electronics, Machines and Tools, Robotics
|Type=Technique
|Difficulty=Hard
|Duration=12
|Duration-type=month(s)
|Cost=750
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>On va décrire ici une faucheuse robot capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres (mon expérience) . Le pilotage est basé sur une carte Aduino Mega, complétée par quelques shields de commande moteurs, d'accéléromètres et boussole ainsi que d'une carte mémoire.

C'est une réalisation non professionnelle, mais qui m'a permis de me rendre compte des problèmes rencontrés en robotique agricole. Cette toute jeune discipline est en train de se développer rapidement, aiguillonnée par les nouvelles lois sur la réduction des désherbants et pesticides. Voici par exemple un lien vers le dernier salon de robotique agricole de Toulouse (https://www.fira-agtech.com/). Certaines entreprises comme Naio technologies fabriquent déjà des robots opérationnels (https://www.naio-technologies.com/).

En comparaison, ma réalisation est bien modeste mais elle permet tout de même de comprendre l'intérêt et les défis de façon ludique.

....Et puis elle fonctionne vraiment ! ...... et peut donc être utilisée pour couper l'herbe autour de sa maison, tout en préservant son temps libre...

Même si je ne décris pas la réalisation jusque dans les derniers détails, les indications que je donne sont précieuses pour celui qui voudrait se lancer. N'hésitez pas à poser des questions ou à faire des suggestions, ce qui me permettra de compléter ma présentation au bénéfice de tous.

Je serais vraiment ravi que ce type de projet puisse donner le goût de l'ingénierie à des bien plus jeunes que moi.... afin d'être prêts pour la grande robolution qui nous attend....

D'ailleurs ce type de projet conviendrait parfaitement à un groupe de jeunes motivés dans un club ou un fablab, pour s'exercer à travailler en groupe projet, avec architectes mécanique, électrique, software chapeautés par un ingénieur système, comme dans l'industrie.

'''La video d'introduction:'''

Dans la première partie, on voit la machine se déplacer en ligne droite entre deux points du fichier de fauchage. Les inégalités de terrain obligent à de petites corrections de trajectoire. Au bout de la ligne droite, deux types de virages sont possibles: autour du centre de rotation situé au milieu des deux roues arrière ou bien autour d'une roue de façon à réaliser des bandes de fauchage contiguës. Bien que tournant à 1200 tr/min, les 3 lames de cutter des disques de coupe sont bien visibles grâce à l'effet stroboscopique.

Ce qui frappe également, ce sont les grandes roues et la lenteur de déplacement. Les grandes roues sont nécessaires pour se déplacer sur des terrains comportant des irrégularités importantes (les 3 roues sont motorisées). La lenteur de déplacement est liée au besoin de couple important nécessaire pour se déplacer sur des prés pentus.</translate>
}}
{{TutoVideo
|VideoType=Mp4
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{{Materials
|Tuto_Attachments={{Tuto Attachments
|Attachment=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf
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|Attachment=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf
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|Tools=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les objectifs</translate>
|Step_Content=<translate>Le but est de fabriquer un prototype opérationnel de faucheuse capable de faucher l'herbe de manière autonome sur des terrains pouvant comporter des irrégularités importantes (prés plutôt que pelouses).

Le confinement dans le champ ne peut pas être basé sur une limitation par barrière physique ou par fil guide enterré comme pour les robots de tonte pour les pelouses. Les champs à faucher sont en effet variables et de surface importante.

Pour la barre de coupe, l'objectif est de maintenir la pousse de l'herbe à une certaine hauteur après une première tonte ou débroussaillage obtenus par un autre moyen.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Présentation générale</translate>
|Step_Content=<translate>Le système se compose d'un robot mobile et d'une base fixe.

'''Sur le robot mobile''' on trouve:

- Le tableau de bord

- Le boîtier de commande général incluant une carte mémoire.

- la manette de commande manuelle

- Le GPS configuré en "rover" ainsi que le récepteur de corrections RTK

- 3 roues motorisées

- Les moteurs à galets des roues

- la barre de coupe constituée de 4 disques tournants portant chacun 3 lames de cutter en périphérie (largeur de coupe de 1 mètre)

- le boîtier de gestion de la barre de coupe

- les batteries

'''Dans la base fixe''' on trouve le GPS configuré en "base" ainsi que l'émetteur des corrections RTK. On note que l'antenne est placée en hauteur de façon à rayonner sur quelques centaines de mètres autour de la maison. De plus, l'antenne GPS est en vue de tout le ciel sans aucune occultation par des bâtiments ou par de la végétation.

Les modes Rover et base des GPS seront décrits et expliqués dans la partei GPS.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_1.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 1/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>Je propose de prendre connaissance du robot à travers son mode d'emploi qui fait bien apparaître toutes ses fonctionnalités.

'''Description du tableau de bord:'''

- Un interrupteur général

- un premier sélecteur à 3 positions permet de sélectionner les modes de fonctionnement: mode déplacement manuel, mode enregistrement de parcours, mode fauchage

- Un bouton poussoir sert de marqueur. On verra ses utilisations.

- Deux autres sélecteurs à 3 positions servent à sélectionner un numéro de fichier parmi 9. On dispose donc de 9 fichiers de fauchage ou d'enregistrements de parcours pour 9 champs différents.

- Un sélecteur à 3 positions est dédié à la commande de la barre de coupe. Une position OFF, une position ON, une position commande programmée.

- Afficheur deux lignes

- un sélecteur 3 positions pour définir 3 affichages différents

- une LED qui indique l'état du GPS. LED éteinte, pas de GPS. LED clignotante lentement, GPS sans corrections RTK. LED clignotante rapide, corrections RTK reçues. LED allumée, verrouillage GPS sur la plus grande précision.

 Enfin, '''la manette de commande''' manuelle est munie de deux sélecteurs à 3 positions. Celui de gauche commande la roue gauche, celui de droite commande la roue droite.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_TableauDeBord.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_manette_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 2 /4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode pilotage manuel (GPS non nécessaire)'''

Après mise ON et sélection de ce mode avec le sélecteur de mode, le pilotage de la machine se fait avec la manette de commande.

Les deux sélecteurs à 3 positions ont un ressort de rappel qui les ramène toujours en position milieu, correspondant à l'arrêt des roues.

Quand on pousse les leviers de gauche et de droite vers l'avant les deux roues arrière tournent et la machine va tout droit.

Quand on tire les deux leviers en arrière, la machine recule tout droit.

Quand on pousse un levier vers l'avant, la machine tourne autour de la roue arrêtée.

Quand on pousse un levier vers l'avant et l'autre vers l'arrière, la machine tourne autour d'elle-même, en un point situé au milieu de l'axe joignant les roues arrière.

La motorisation de la roue avant s'ajuste automatiquement en fonction des deux commandes passées sur les deux roues arrière.

Enfin, dans le mode manuel on peut également faucher de l'herbe. Pour cela, après avoir vérifié que personne ne se trouve à proximité des disques de coupe, on met ON le boîtier de gestion de la barre de coupe (interrupteur "hard" pour la sécurité). On place ensuite le sélecteur de coupe du tableau de bord sur ON. A cet instant les 4 disques de la barre de coupe se mettent en rotation.</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 3/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode enregistrement de parcours (GPS nécessaire)'''

- Avant de commencer à enregistrer un parcours, on définit arbitrairement un point de référence pour le champ et on le marque par un petit piquet. Ce point sera l'origine des coordonnées dans le repère géographique (photo)

- On sélectionne ensuite le numéro de fichier dans lequel le parcours va être enregistré, grâce aux deux sélecteurs du tableau de bord.

- On met la base ON

- On vérifie alors que la LED d'état GPS se met à clignoter rapidement.

- On quitte le mode manuel en plaçant le sélecteur de mode du tableau de bord sur la position enregistrement.

- On amène alors la machine manuellement à la position du point de référence. Précisément c'est l'antenne GPS qui doit se trouver au dessus de ce repère. Cette antenne GPS est située au dessus du point centré entre les deux roues arrière et qui est le point de rotation de la machine sur elle-même.

- On attend que la LED donnant le statut du GPS soit maintenant allumée sans clignotement. Cela indique que le GPS est à sa précision maximum ("Fix" GPS).

- On marque la position origine 0,0 en appuyant sur le BP marqueur du tableau de bord.

- On se dirige alors vers le point suivant que l'on veut cartographier. Dès qu'il est atteint, on le signale à l'aide du marqueur.

- Pour mettre fin à l'enregistrement on repasse en mode manuel.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_enregistrement.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 4/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode fauchage (GPS nécessaire)'''

Il faut d'abord préparer le fichier de points que la machine doit parcourir pour faucher tout le champ sans laisser de surface non coupée. Pour cela on récupère le fichier enregistré dans la carte mémoire et à partir de ces coordonnées, à l'aide par exemple d'Excel, on génère une liste de points comme sur la photo. Pour chacun des points à atteindre on indique si la barre de coupe est ON ou OFF. Comme c'est la barre de coupe qui consomme le plus de puissance (de 50 à 100 Watts suivant l'herbe), il faut veiller à couper la barre de coupe lors de la traversée d'un champ déjà fauché par exemple.

La carte de fauchage étant générée, on remet la carte mémoire sur son shield dans le tiroir de commande.

Il ne reste plus alors que mettre ON la base et se rendre sur le champ à faucher, juste au dessus du repère de référence. On met ensuite le sélecteur de mode sur "Fauchage".

A ce moment la machine attendra toute seule le verrouillage GPS RTK en "Fix" pour faire une mise à zéro des coordonnées et commencer à faucher.

Lorsque le fauchage sera terminé, elle reviendra seule au point de départ, avec une précision d'une dizaine de centimètres.

Pendant le fauchage, la machine se déplace en ligne droite entre deux points consécutifs du fichier de points. La largeur de coupe est de 1,1 mètre. Comme la machine a une largeur entre roues de 1 mètre et peut tourner autour d'une roue (voir video), il est possible de faire des bandes de fauchage contiguës. C'est d'une grande efficacité !

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_fauchage.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie mécanique</translate>
|Step_Content=<translate>'''La structure du robot'''

Le robot est construit autour d'une structure en treillis de tubes d'aluminium, ce qui lui confère une bonne rigidité. Ses dimensions sont environ de 1.20 mètre de long, 1 mètre de large et 80 cm de haut.

'''Les roues'''

Elle peut se déplacer grâce à 3 roues de vélo enfant de diamètre 20 pouces: Deux roues arrière et une roue avant semblable à la roulette des chariots de supermarché (photos 1 et 2). C'est le mouvement relatif des deux roues arrière qui assure son orientation.

'''Les moteurs à galet'''

A cause des irrégularités de terrain, il est nécessaire de disposer de couples importants et donc d'un grand rapport de réduction. Dans ce but j'ai utilisé le principe de galet appuyant sur la roue, comme sur un solex (photos 3 et 4). La réduction importante permet de garder la machine stable dans une pente, même lorsque l'on coupe l'alimentation des moteurs. En contrepartie, la machine avance lentement (3 mètres / minute)...mais l'herbe pousse lentement....

On peut noter que les 3 roues sont motorisées avec des moteurs à galet. La motorisation de la roue avant permet d'éviter le blocage de cette roue directrice lorsqu'elle tombe dans un creux important.

Pour la conception mécanique j'ai utilisé le logiciel de dessin OpenScad (logiciel à scripts très efficace). En parallèle pour les plans de détail j'ai utilisé Drawing de OpenOffice. 

Enfin voici la liste de sites où les différents éléments mécaniques ont été achetés:

[https://wikifab.org/images/e/e4/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf]</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_illustration.png
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RoueAvant.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet_.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>'''GPS simple'''

Le GPS simple (photo 1), celui qui est dans notre voiture n'a une précision que de quelques mètres. Si on enregistre la position indiquée par un tel GPS maintenu fixe pendant une heure par exemple, on va observer des fluctuations de plusieurs mètres. Ces fluctuations sont dues à des perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère, mais aussi à des erreurs d'horloge des satellites et des erreurs de meure du GPS lui-même. Il ne convient donc pas pour notre application.

'''GPS RTK'''

Afin d'améliorer cette précision, on utilise deux GPS situés à une distance inférieure à 10 Km (photo 2). Dans ces conditions, on peut considérer que les perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère sont identiques sur chaque GPS. Ainsi la différence de position entre les deux GPS n'est plus perturbée (différentiel). Si maintenant on fixe un des GPS (la base) et si on place l'autre sur un véhicule (le rover), on obtiendra précisément le déplacement du véhicule par rapport à la base sans perturbations. De plus ces GPS effectuent une mesure de temps de vol beaucoup plus présise que les GPS simples (mesures de phase sur la porteuse).

Grâce à ces améliorations, on obtiendra une précision de mesure centimétrique pour le déplacement du rover par rapport à la base.

C'est ce système RTK (Real Time Kinematic) que nous avons choisi d'utiliser.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage9.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>J'ai acheté 2 circuits GPS RTK (photo 1) à la société Navspark.

Ces circuits sont montés sur un petit circuit imprimé équipé de broches au pas de 2.54 mm qui se monte donc directement sur les plaques d'essai.

Comme le projet est localisé dans le sud-ouest de la France, j'ai choisi des circuits travaillant avec les constellations de satellites américains GPS ainsi que la constellation russe Glonass.

Il est important d'avoir le maximum de satellites afin de bénéficier de la meilleure précision. Dans mon cas, j'ai couramment entre 10 et 16 satellites.

On doit également acheter

- 2 adaptateurs USB, nécessaire pour relier le circuit GPS à un PC (tests et configuration)

- 2 antennes GPS + 2 câbles adaptateurs

- une paire d'emetteurs-récepteurs 3DR afin que la base puisse émettre ses corrections vers le rover et le rover les recevoir.

Ci-joint la liste des achats avec des liens internet vers les revendeurs:

[https://wikifab.org/images/a/ad/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf]

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_RTK.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>La notice du GPS que l'on trouve sur le site de Navspark permet de mettre en œuvre progressivement les circuits.

http://navspark.mybigcommerce.com/content/NS-HP-GL-User-Guide.pdf

Sur le site de Navspark on trouvera également

- le logiciel à installer sur son PC Windows pour visualiser les sorties des GPS et programmer les circuits en base et en rover.

- Une description du format des données GPS (phrases NMEA)

Tous ces documents sont en anglais mais ils sont relativement faciles à comprendre. Dans un premier temps, la mise en œuvre se fait sans le moindre circuit électronique grâce aux adaptateurs USB qui fournissent également toutes les alimentations électriques.

La progression est la suivante:

- Test des circuits individuellement qui fonctionnent comme des GPS simples. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité de quelques mètres.

- Programmation d'un circuit en ROVER et l'autre en BASE

- Constitution d'un système RTK en reliant les deux modules par un simple fil. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité relative ROVER/BASE de quelques centimètres !

- Remplacement du fil liant BASE et ROVER par les émetteurs-récepteurs 3DR. Là encore le fonctionnement en RTK permet une stabilité de quelques centimètres. Mais cette fois BASE et ROVER ne sont plus reliés par un lien physique.....

- Remplacement de la visualisation PC par une carte Arduino programmée pour recevoir les données GPS sur une entrée série... (voir plus bas)

Nota: Sur les photos fournies à l'étape 2 on voit que le GPS du rover se trouve au sommet d'un mât. C'est une précaution que j'avais prise pour éviter les effets d'écran de mon corps près de la machine lors de la mise au point. En fait, cette précaution n'est plus utile lorsque la mise au point est terminée et que le rover évolue seul sans présence humaine autour.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Un GPS ne donne que sa propre position dans le repère géographique sans aucune indication de direction. Cela ne suffit pas pour se diriger efficacement vers un autre point à atteindre, comme le suggère la figure 1.

L'idée qui vient naturellement est d'adjoindre une boussole à ce GPS. Dans ce cas il sera nécessaire de caler l'indication de la boussole avec le repère géographique.

Comme le montre également la figure 1, on peut aussi remplacer la boussole par un GPS additionnel. Dans ce cas la différence de position entre les deux GPS permet de calculer directement l'orientation par rapport au repère géographique, sans soucis de recalage de repères. Je n'ai pas choisi cette solution par souci d'économie.

La boussole que j’ai utilisée est la CMPS11. Actuellement ce modèle est remplacé par la CMPS12, basée sur un circuit BNO055, qui est très proche. [http://www.robot-electronics.co.uk/files/cmps12.pdf cmps12.pdf (robot-electronics.co.uk)]

J’ai monté cette boussole sur ma machine en orientant vers l’avant la direction « HEADING » fournie par la documentation. La figure 2 montre alors comment est la lecture de la boussole en fonction de l’orientation de la machine. Le Nord est le nord magnétique, celui indiqué par une boussole à aiguille magnétique.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationBesoinBoussole.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoussoleOrientation.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Pourquoi "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

Le repère dans lequel le GPS donne les positions est le repère géographique basé sur l'axe de rotation de la terre. Dans ce repère, la direction +Y (figure 1) correspond au Nord géographique. Un déplacement le long de cet axe vers +Y correspond à une augmentation pure de la latitude. De même un déplacement vers +X correspond à une augmentation pure de la longitude Est.

En comparaison, la boussole indique le Nord magnétique qui est en général décalé d'une valeur variable dans le temps, la déclinaison magnétique ([https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9clinaison_magn%C3%A9tique_terrestre Déclinaison magnétique terrestre — Wikipédia (wikipedia.org)]). Actuellement cette différence entre Nord géographique et Nord magnétique est de l'ordre du degré.

Actuellement, la boussole étant montée avec HEADING vers l’avant, lorsque la machine se déplace vers le Nord géographique (+Y) on peut s’attendre à une indication de la boussole proche de 0 – 255.

En réalité il n’en est pas tout à fait ainsi pour plusieurs raisons :

- Des offsets dus à la déclinaison magnétique et à l’erreur de calage en rotation de la boussole sur la machine.

- des variations plus ou moins cycliques sans doutes dues aux perturbations magnétiques des différents moteurs. (voir la suite).

C'est donc la raison pour laquelle il faut établir expérimentalement une relation entre les indications de la boussole et les directions dans le repère du GPS.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBousssole_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Comment "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

On utilise pour cela le mode enregistrement de parcours (voir étape 5), en faisant se déplacer la machine selon un certain nombre de rayons couvrant la totalité de l’azimut de 360°. Des repères au sol permettent de se guider afin d’assurer un pilotage manuel en ligne droite.

La figure 1 montre par exemple ce que j’ai fait obtenu avec ma machine après fixation de la boussole dans sa position définitive. Toutes les 3 seconde, sont enregistrées une valeur position GPS et une valeur boussole.

On peut alors simplement représenter ces positions GPS traduites en mètres dans le repère XY géographique et en même temps porter la valeur moyenne des valeurs boussole obtenues lors du parcours de chaque rayon.

Toutes ces valeurs peuvent être écrites selon deux colonnes:

- celle des angles calculés dans le repère XY pour atteindre un point choisi (par exemple 110.6)

- celle des indications boussole que l'on aura si la machine se dirige vers ce point (par exemple 230)

Il ne reste plus qu' à trouver la fonction qui va nous faire passer des angles dans le repère géographique GPS aux indications de la boussole. C'est ce que réalise la fonction '''boussole (angle)''' dont le programme est donné sur la figure 2. Dans l'exemple donné, on peut vérifier que l'on retrouve bien les indications boussole à mieux que 2 LSB

La valeur '''but =''' '''boussole (angle)''' est ensuite utilisée par les fonctions de rotation de la machine (figure 3).</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBoussole_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionBoussole.bmp
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionRotationRoue.bmp
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe de navigation avec GPS et boussole</translate>
|Step_Content=<translate>Le déplacement de la machine se fait de WP en WP selon des lignes droites.

Au départ d'un WP, la boussole indique la direction du prochain WP à atteindre. Cependant, afin d'éviter

- les erreurs de direction qui croissent avec la distance parcourue

- les dérives latérales par glissement (en situation de dévers)

des points intermédiaires situés sur la droite joignant les deux WP sont calculés. Ces points intermédiaires sont situés à environ deux mètres à l'avant de la machine, comme montré sur la figure 1.

Ensuite, à chaque position courante de la machine P(x,y) on calcule l''''angle''' (par rapport à Xgéo) nécessaire pour atteindre ce point intermédiaire. On calcule également l'indication de la boussole correspondant à cet angle, '''but_boussole'''. C'est à ce moment que sert la boussole "calibrée" par rapport au repère géographique. La machine tourne jusqu'à ce que l'indication de la boussole soit égale à '''but_boussole.''' Ainsi la machine pointera vers le point intermédiare, quelle que soit l'orientation de départ de la machine.

Les calculs de ces points intermédiaires et de l'angle de correction sont explicités dans : [https://wikifab.org/images/6/6d/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf]

Ce principe de navigation donne de très bons résultats. Lors de tests, j'ai déplacé latéralement la machine de 50 cm et j'ai pu constater qu'elle réagissait rapidement pour rallier la ligne des WP (voir figure 2).

Si la machine était munie de capteurs de distance à l'avant (ce n'est pas le cas actuellement) on pourrait facilement lui faire contourner un obstacle et revenir ensuite automatiquement sur la ligne des WP.

La simulation de la figure 2 montre cependant que les erreurs boussole se traduisent par des écarts de position par rapport à la ligne des WP.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeNavigation_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RetourSurTrace.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Proposition d'ajout d'un asservissement de position.</translate>
|Step_Content=<translate>Ce système n'est pas implanté dans la machine actuelle. J'ai fait des simulations qui montrent que grâce à cet asservissement PID (Correction Proportionnelle, Intégrale et Dérivée) on pourrait compenser les écarts de position induits par les erreurs de la boussole (voir paragraphe précédent).

La figure 1, montre qu'une erreur boussole de l'ordre de 5° peut introduire une erreur de suivi de ligne de presque 9 cm. C'est dommage car on gaspille ainsi la précision du GPS pourtant proche de 2 cm.

La figure 2 explique un principe d'asservissement de position PID qui permettrait de verrouiller le robot sur la ligne des WP, même en cas d'imprécision de la boussole ou d’évolution dans le temps de son calage (masses magnétiques, champ magnétique moteurs).

La figure 3 explique le calcul de l’erreur de position « d » du robot nécessaire au calcul de la correction.

La figure 4 montre la simulation de cette correction avec ce principe d'asservissement. Une simple correction Proportionnelle et Intégrale ramène les erreurs au niveau de celles du GPS.

En conclusion, en combinant un asservissement angulaire avec la boussole et un asservissement de position par rapport à la ligne suivie, on bénéficie à la fois d'une grande efficacité et d'une très bonne précision directement reliée au GPS RTK.

Je recommanderais donc à ceux qui construisent leur propre robot, de l'implanter dans leur logiciel.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeAsservissement_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_1_.jpg
|Step_Picture_04=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_2_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les deux types de virages</translate>
|Step_Content=<translate>Deux types de virages sont définis (figure 1):

- virages autour du centre situé entre les deux roues arrière

- virage autour d'une roue, soit la roue gauche pour tourner à gauche, soit la roue droite pour tourner à droite

Les fonction boussole() est expliquée à l'étape 13.

Le virage autour du centre est d'usage général. Il peut cependant être utilisé pour parcourir une grille de fauchage en bandes contigües (figure 2). Tous les points doivent être atteints les uns après les autres, comme le montre la figure 2..

Toutefois le virage autour d'une roue est mieux adapté pour réaliser précisément des bandes contiguës pendant le fauchage (figure 3). Par rapport au virage autour du centre, il s'avère plus précis et plus fluide. Par contre ici l'un des points en bout de ligne est omis, car inutile (N=N+1 dans le programme).

Enfin, le virage autour d'une roue est aussi utilisé pour réaliser les petites corrections angulaires lors du trajet entre deux WP, afin de pointer vers le point intermédiaire situé au devant de la machine (figure 4). Là aussi c'est une correction beaucoup plus fluide que si RotationCentre était utilisée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Rotations_2.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotCentre_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_1_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Le boîtier de commande électrique'''

La photo 1 montre les principales cartes du boîtier de commande qui vont être détaillés ci-dessous.

'''Câblage du GPS'''

Les câblages des GPS de la base et de la faucheuse sont donnés sur la figure 2.

On arrive naturellement à ce câblage si on suit la progression de la notice des GPS (voir partie GPS). Dans tous les cas on note la présence de l'adaptateur USB qui permet de programmer les circuits soit en base, soit en rover grâce au logiciel sur PC fourni par NavSpark. Grâce à ce programme, on a également toute les informations de position, nombre de satellites, etc...

Dans la partie faucheuse, la broche Tx1 du GPS est reliée à l'entrée série 19 (Rx1) de la carte ARDUINO MEGA pour recevoir les phrases NMEA (figure 3).

Dans la base la broche Tx1 du GPS est envoyée sur la broche Rx de la radio 3DR pour l'envoi des corrections. Dans la faucheuse les corrections reçues par la radio 3DR sont envoyées sur la broche Rx2 du circuit GPS.

On note que ces corrections et leur gestion sont intégralement assurées par les circuits GPS RTK. Ainsi, la carte Aduino MEGA ne reçoit que des valeurs de position corrigées.

 Nota: Le câblage montré ici est celui d'une maquette de labo. Même si ce câblage a permis de tester la machine en conditions réelles avec les vibrations, il est évidemment souhaitable d'en concevoir une version plus durable avec circuits imprimés.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoitierElec.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BaseRover.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_NMEA.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''La carte Arduino MEGA et ses shields'''

- Carte arduino MEGA

- Shield Moteurs roues arrière

- Shield Moteur roue avant

- Shield arte SD

Sur la figure 1, on note que l'on a mis des connecteurs intercalaires entre les cartes pour que la chaleur dissipée dans les cartes moteur puisse s'évacuer. De plus, ces intercalaires permettent de couper des liaisons non désirées entre les cartes, sans avoir à les modifier.

Les figures 2 et 3 montrent comment sont lues les positions des inverseurs du tableau de bord et de la manette de commande.

Et enfin on trouvera le câblage de l'afficheur ici:

[https://wikifab.org/images/7/71/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf] </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Empilement.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Brochage_Mega.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Tableau_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le programme de pilotage Arduino</translate>
|Step_Content=<translate>La carte microcontrôleur est une Arduino MEGA (UNO n'ayant pas assez de mémoire). Le programme de pilotage est très simple et classique. J'ai développé une fonction pour chaque opération élémentaire à effectuer (lecture tableau de bord, acquisition des données GPS, affichage LCD, commande d'avance ou de rotation de la machine, etc...). Ces fonctions sont ensuite utilisées facilement dans le programme principal. La vitesse lente de la machine (3 mètres / minute) facilite grandement les choses.

Par contre, la barre de coupe n'est pas gérée par ce programme mais par le programme de la carte UNO qui se trouve dans le boîtier spécifique.

Dans la partie SETUP du programme on trouve

- les initialisations de pins utiles de la carte MEGA en entrées ou sorties

- l'initialisation de l'afficheur LCD

- l' initialisation carte mémoire SD

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série hardware vers le GPS

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série vers l'IDE

- l' arrêt des moteurs et de la barre de coupe

Dans la partie LOOP du programme on trouve au début

- les lectures du tableau de bord et de la manette, du GPS, de la boussole et des accéléromètres

- un sélecteur à 3 dérivations, suivant l'état du sélecteur de modes du tableau de bord (manuel, enregistrement, fauchage)

La boucle LOOP est rythmée par la lecture asynchrone du GPS qui est l'étape la plus lente. On revient donc en début de boucle environ toutes les 3 secondes.

Dans la dérivation mode normal, la fonction de déplacement est commandée en fonction de la manette et l'affichage est mis à jour environ toutes les 3 secondes (position, état GPS, direction boussole, inclinaison...). Un appui sur le BP marqueur met à zéro les coordonnées de position qui seront exprimées en mètres dans le repère géographique.

Dans la dérivation mode enregistrement, toutes les positions mesurées pendant le déplacement sont enregistrées sur la carte SD (période d'environ 3 secondes). Lorsque un point d'intérêt est atteint, l'appui sur le marqueur est enregistré. dans la carte SD. La position de la machine est affichée toutes les 3 secondes, en mètres dans le repère géographique centré sur le point origine.

 
Dans la dérivation mode fauchage: La machine a préalablement été amenée au dessus du point de référence. Au basculement du sélecteur de mode sur "fauchage", le programme observe les sorties GPS et en particulier la valeur du flag d'état. Lorsque le flag d'état passe en "Fix", le programme effectue la mise à zéro de la position. Le premier point à atteindre est alors lu dans le fichier fauchage de la mémoire SD. Quand ce point est atteint, le virage de la machine se fait comme indiqué dans le fichier fauchage, soit autour d'une roue, soit autour du centre des deux roues - Voir les explications du paragraphe 15 -

Le processus se répète jusqu'à ce que le dernier point soit atteint (en général point de départ). A ce moment le programme met la machine et la barre de coupe à l'arrêt.

Le fichier du programme de pilotage SW_Faucheuse_pilotage_V2.ino se trouve ici : [[:Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino|Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino]]

Pas mal de commentaires ont été mis mais il est possible d’en rajouter en fonction des demandes d’explications.

Pour examiner ou éditer le fichier .ino de façon plus agréable qu’avec l’éditeur Arduino on peut utiliser l’éditeur Notepad++ ([https://notepad-plus-plus.org/ Notepad++ (notepad-plus-plus.org)] ).

Ci-dessous un exemple de fichier de fauchage:[https://wikifab.org/images/f/f2/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt]</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La barre de coupe et sa gestion</translate>
|Step_Content=<translate>La barre de coupe est constituée par 4 disques tournant à la vitesse de 1200 tr/ minute. Chaque disque est muni de 3 lames de cutter escamotables. Ces disques sont disposés de façon à réaliser une bande de coupe continue de 1.2 mètre de large.

Les moteurs doivent être contrôlés de façon à limiter le courant

- au démarrage, à cause de l'inertie des disques

- lors de la coupe, à cause des blocages par trop d'herbe

Pour cela on mesure le courant dans le circuit de chaque moteur grâce à des résistances bobinées de faible valeur. La carte UNO est câblée et programmée pour mesurer ces courants et envoyer une commande PWM adaptée aux moteurs.

Ainsi, au démarrage, la vitesse augmente progressivement jusqu'à sa valeur maxi en 10 secondes. En cas de blocage par de l'herbe, le moteur s'arrête pendant 10 secondes et refait une tentative de relance pendant 2 secondes. Si le problème persiste, le cycle de 10 secondes de repos et 2 secondes de relance recommence. Dans ces conditions, l'échauffement du moteur reste limité, même en cas de blocage permanent.

Les moteurs se mettent en route ou s'arrêtent lorsque la carte UNO reçoit le signal envoyé par le programme de pilotage. Cependant un interrupteur hard permet de couper le courant de façon fiable pour sécuriser les opérations de maintenance</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Barre.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ElectroniqueBarreDeCoupe.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Quelle suite donner ? Quelles améliorations ?</translate>
|Step_Content=<translate>'''Ajouter Galileo à GPS et Glonass'''

La végétation (arbres) peut limiter le nombre de satellites en vue du véhicule et réduire la précision ou empêcher le verrouillage RTK. On a donc intérêt à utiliser le maximum de satellites simultanément. Il serait donc intéressant de compléter les constellations GPS et Glonass par la constellation Galileo.

On devrait pouvoir bénéficier ainsi de plus de 20 satellites au lieu de 15 au maximum, ce qui permet de mieux s'affranchir de l'écrantage par la couverture végétale.

Il commence à exister des circuits travaillant simultanément avec ces 3 constellations:

- Navspark a sorti un circuit "identique" à celui que j'ai utilisé, mais avec Galilleo en supplément (photo 1) (http://navspark.mybigcommerce.com/ns-hp-gn2-px1122r-multi-band-quad-gnss-rtk-breakout-board/)

- Il existe aussi des shields très compacts (phot 2) qui incluent à la fois le circuit GPS et l'émetteur-récepteur sur le même support

https://www.ardusimple.com/product/simplertk2b-starter-kit-mr-ip65/

....Mais le prix est bien supérieur à celui des circuits que nous avons utilisés ici.

'''Compléter le GPS par de l'odométrie et par un LIDAR'''

Malheureusement, en arboriculture il arrive que la couverture végétale soit très importante (champ de noisetiers par exemple). Dans ce cas, même avec les 3 constellations il se peut que le verrouillage RTK ne soit pas possible.

Il faut donc introduire un capteur qui permettrait de conserver la position même en l'absence momentanée de GPS.

'''L'utilisation de l'odométrie''' est une solution simple pour suppléer à la perte du GPS. Son principe consiste à mesurer précisément la rotation des deux roues motrices pour en déduire le trajet de la faucheuse. Malheureusement la précision est limitée par tous les petits glissements des roues par rapport au sol. Je suis en train de tester cette solution en situation de terrain réelle.

'''L'utilisation d'un LIDAR''' pourrait également permettre de se repérer dans un verger. Son principe repose sur le balayage du plan horizontal par un faisceau laser émis par une tourelle. Au cours de ce balayage, la distance à tous les objets interceptés est mesurée . Les troncs des arbres sont très faciles à repérer dans ce cas par le faisceau laser et peuvent servir à observer la marche du robot. Voici par exemple un type de LIDAR qui pourrait convenir pour des conditions extérieures (photo3): https://www.robotshop.com/eu/fr/telemetre-laser-360-rplidar-40m.html

Dans les deux cas le GPS reprendrait sa fonction en bout de rangée, au sortir de la couverture végétale. </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_nouveau_navspark.gif
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_Radio.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_image_lidar.gif
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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{{PageLang
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{{Tuto Status
|Complete=Published
}}

CommentStreams:2d3f9e3b9d5991f9bb795c20f594cb66

2024-05-02T16:40:13Z

Occitan :

Voici une info sur les constellations et les bandes utilisées par les montres GPS: GPS, GNSS, double-fréquence :
https://www.frandroid.com/produits-android/accessoires-objets-connectes/1576356_gps-gnss-double-frequence-tout-comprendre-a-la-geolocalisation-des-smartphones-et-montres-connectees
Ne pas oublier une bonne antenne adaptée aux fréquences utiles:
https://navspark.mybigcommerce.com/multi-frequency-high-precision-antenna/

CommentStreams:2d3f9e3b9d5991f9bb795c20f594cb66

2024-05-02T16:38:15Z

Occitan :

CommentStreams:2d3f9e3b9d5991f9bb795c20f594cb66

2024-05-02T16:37:02Z

Occitan :

Voici une info sur les constellations et les bandes utilisées par les montres GPS: GPS, GNSS, double-fréquence : tout comprendre à la géolocalisation des smartphones et montres connectées (frandroid.com)

CommentStreams:1d0067b48b913a3d5a608b14764d7b03

2024-05-01T10:07:43Z

Occitan :

La vitesse de transmission du module que j'ai utilisé était similaire et les modules radio étaient de même type que ceux que vous avez trouvés.
Je trie et traite les chaines NMEA "à la main", sans utiliser de librairie spécifique. Cette partie du traitement apparaît dans le listing du programme (lien donné à l'étape 19). Je détermine le cap à l'aide d'une boussole (paragraphe 11,12,13). Mais la boussole peut être perturbée par d'environnement ou se dérégler au cours du temps. Afin de recaler très précisément l'indication de la boussole sur l'indication du GPS, je propose de rajouter un asservissement PID (paragraphe 14 et 15). Je n'ai pas réalisé cette amélioration car la précision de la boussole permettait déjà d'obtenir l'objectif de précision que je m'étais fixé (10 cm).

CommentStreams:Fab9e2ef4fb4b57407fbe9e6e29cb347

2024-04-30T17:48:22Z

Occitan :

Bon, mon tuto est maintenant rétabli (c'est la première fois que ça arrive. Pour le choix entre le module à 50 E et celui à 85 E, je ne sais pas vous conseiller... peut-être pourriez-vous poser la question sur le forum de Navspark en précisant le pays où vous résidez (il faut pouvoir utiliser le maximum de satellites de différentes constellations). Quant aux Emetteurs / récepteurs, vous pourriez utiliser ceux utilisés à ce lien https://www.ardusimple.com/product/simplertk2b-starter-kit-mr-ip65/ .
Cordialement .

CommentStreams:E1b759431047daf70ade21f01f9009c0

2024-04-29T17:41:16Z

Occitan :

C'est expliqué à l'étape 17, sur la figure 2 (Attention, le tuto a été modifié par un saboteur et la version actuelle est incomplète. Il faut afficher la version du 10 Septembre en allant sur l'historique). Je vais contacter le manager du site pour annuler cette version actuelle incorrecte.

CommentStreams:96eb848b5b8d81e57142a1bc115b5bfd

2024-04-29T14:03:19Z

Occitan :

Bonjour,
Les corrections RTK envoyées par l'émetteur de la base sont reçues par le récepteur situé sur le rover. Ces corrections reçues sont directement envoyées sur le circuit GPS configuré en rover, sur son entrée RX2. Le logiciel de correction est contenu dans la puce GPS (firmware) et effectue les corrections de façon entièrement transparente. Le logiciel de pilotage de la faucheuse n'a donc aucune correction RTK à effectuer.

CommentStreams:96eb848b5b8d81e57142a1bc115b5bfd

2024-04-29T13:59:19Z

Occitan :

Bonjour,
Les corrections RTK envoyées par l'émetteur de la base sont reçues par le récepteur situé sur le rover. Ces corrections reçues sont directement envoyées sur le circuit GPS configuré en rover, sur la patte 10. Le logiciel de correction est contenu dans la puce GPS (firmware) et effectue les corrections de façon entièrement transparente. Le logiciel de pilotage de la faucheuse n'a aucune correction RTK à effectuer.

CommentStreams:Feb7f2e072064b25781d6a2178ecb731

2024-04-17T12:17:48Z

Occitan :

Bonjour. Merci pour vos encouragements. La machine qui est présentée ici peut être munie de détecteurs de proximité pour détecter les obstacles et les éviter. Elle reviendra ensuite automatiquement dans la trace prévue. Evidemment il faut remanier le SW pour inclure les capteurs de proximité ainsi que la manœuvre d'évitement.
En cas de perte de signal GPS, la machine s'arrête jusqu'à ce qu'un signal valide soit retrouvé. On pourrait bien sûr ne pas attendre et commuter sur un autre type de navigation (Odométrie ou Lidar), mais tout est à faire.... En fait, en faisant cela on passe pratiquement dans le domaine professionnel.... et je ne suis pas du tout roboticien ou automaticien. ... En tout cas bon courage dans votre construction et ne manquez pas de décrire vos réalisations sur Wikifab ! Bien cordialement.

Faucheuse guidée par GPS RTK

2024-04-17T12:05:17Z

Occitan :

{{Tuto Details
|Main_Picture=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IMG_20200106_155916.jpg
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|Description=<translate>Cette faucheuse robot est capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres.</translate>
|Area=Electronics, Machines and Tools, Robotics
|Type=Technique
|Difficulty=Hard
|Duration=12
|Duration-type=month(s)
|Cost=750
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>On va décrire ici une faucheuse robot capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres (mon expérience) . Le pilotage est basé sur une carte Aduino Mega, complétée par quelques shields de commande moteurs, d'accéléromètres et boussole ainsi que d'une carte mémoire.

C'est une réalisation non professionnelle, mais qui m'a permis de me rendre compte des problèmes rencontrés en robotique agricole. Cette toute jeune discipline est en train de se développer rapidement, aiguillonnée par les nouvelles lois sur la réduction des désherbants et pesticides. Voici par exemple un lien vers le dernier salon de robotique agricole de Toulouse (https://www.fira-agtech.com/). Certaines entreprises comme Naio technologies fabriquent déjà des robots opérationnels (https://www.naio-technologies.com/).

En comparaison, ma réalisation est bien modeste mais elle permet tout de même de comprendre l'intérêt et les défis de façon ludique.

....Et puis elle fonctionne vraiment ! ...... et peut donc être utilisée pour couper l'herbe autour de sa maison, tout en préservant son temps libre...

Même si je ne décris pas la réalisation jusque dans les derniers détails, les indications que je donne sont précieuses pour celui qui voudrait se lancer. N'hésitez pas à poser des questions ou à faire des suggestions, ce qui me permettra de compléter ma présentation au bénéfice de tous.

Je serais vraiment ravi que ce type de projet puisse donner le goût de l'ingénierie à des bien plus jeunes que moi.... afin d'être prêts pour la grande robolution qui nous attend....

D'ailleurs ce type de projet conviendrait parfaitement à un groupe de jeunes motivés dans un club ou un fablab, pour s'exercer à travailler en groupe projet, avec architectes mécanique, électrique, software chapeautés par un ingénieur système, comme dans l'industrie.

'''La video d'introduction:'''

Dans la première partie, on voit la machine se déplacer en ligne droite entre deux points du fichier de fauchage. Les inégalités de terrain obligent à de petites corrections de trajectoire. Au bout de la ligne droite, deux types de virages sont possibles: autour du centre de rotation situé au milieu des deux roues arrière ou bien autour d'une roue de façon à réaliser des bandes de fauchage contiguës. Bien que tournant à 1200 tr/min, les 3 lames de cutter des disques de coupe sont bien visibles grâce à l'effet stroboscopique.

Ce qui frappe également, ce sont les grandes roues et la lenteur de déplacement. Les grandes roues sont nécessaires pour se déplacer sur des terrains comportant des irrégularités importantes (les 3 roues sont motorisées). La lenteur de déplacement est liée au besoin de couple important nécessaire pour se déplacer sur des prés pentus.</translate>
}}
{{TutoVideo
|VideoType=Mp4
|mp4video=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VideoMachine.mp4
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{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
|Tuto_Attachments={{Tuto Attachments
|Attachment=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf
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|Attachment=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf
}}
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les objectifs</translate>
|Step_Content=<translate>Le but est de fabriquer un prototype opérationnel de faucheuse capable de faucher l'herbe de manière autonome sur des terrains pouvant comporter des irrégularités importantes (prés plutôt que pelouses).

Le confinement dans le champ ne peut pas être basé sur une limitation par barrière physique ou par fil guide enterré comme pour les robots de tonte pour les pelouses. Les champs à faucher sont en effet variables et de surface importante.

Pour la barre de coupe, l'objectif est de maintenir la pousse de l'herbe à une certaine hauteur après une première tonte ou débroussaillage obtenus par un autre moyen.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Présentation générale</translate>
|Step_Content=<translate>Le système se compose d'un robot mobile et d'une base fixe.

'''Sur le robot mobile''' on trouve:

- Le tableau de bord

- Le boîtier de commande général incluant une carte mémoire.

- la manette de commande manuelle

- Le GPS configuré en "rover" ainsi que le récepteur de corrections RTK

- 3 roues motorisées

- Les moteurs à galets des roues

- la barre de coupe constituée de 4 disques tournants portant chacun 3 lames de cutter en périphérie (largeur de coupe de 1 mètre)

- le boîtier de gestion de la barre de coupe

- les batteries

'''Dans la base fixe''' on trouve le GPS configuré en "base" ainsi que l'émetteur des corrections RTK. On note que l'antenne est placée en hauteur de façon à rayonner sur quelques centaines de mètres autour de la maison. De plus, l'antenne GPS est en vue de tout le ciel sans aucune occultation par des bâtiments ou par de la végétation.

Les modes Rover et base des GPS seront décrits et expliqués dans la partei GPS.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_1.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_3.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Base.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 1/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>Je propose de prendre connaissance du robot à travers son mode d'emploi qui fait bien apparaître toutes ses fonctionnalités.

'''Description du tableau de bord:'''

- Un interrupteur général

- un premier sélecteur à 3 positions permet de sélectionner les modes de fonctionnement: mode déplacement manuel, mode enregistrement de parcours, mode fauchage

- Un bouton poussoir sert de marqueur. On verra ses utilisations.

- Deux autres sélecteurs à 3 positions servent à sélectionner un numéro de fichier parmi 9. On dispose donc de 9 fichiers de fauchage ou d'enregistrements de parcours pour 9 champs différents.

- Un sélecteur à 3 positions est dédié à la commande de la barre de coupe. Une position OFF, une position ON, une position commande programmée.

- Afficheur deux lignes

- un sélecteur 3 positions pour définir 3 affichages différents

- une LED qui indique l'état du GPS. LED éteinte, pas de GPS. LED clignotante lentement, GPS sans corrections RTK. LED clignotante rapide, corrections RTK reçues. LED allumée, verrouillage GPS sur la plus grande précision.

 Enfin, '''la manette de commande''' manuelle est munie de deux sélecteurs à 3 positions. Celui de gauche commande la roue gauche, celui de droite commande la roue droite.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_TableauDeBord.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_manette_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 2 /4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode pilotage manuel (GPS non nécessaire)'''

Après mise ON et sélection de ce mode avec le sélecteur de mode, le pilotage de la machine se fait avec la manette de commande.

Les deux sélecteurs à 3 positions ont un ressort de rappel qui les ramène toujours en position milieu, correspondant à l'arrêt des roues.

Quand on pousse les leviers de gauche et de droite vers l'avant les deux roues arrière tournent et la machine va tout droit.

Quand on tire les deux leviers en arrière, la machine recule tout droit.

Quand on pousse un levier vers l'avant, la machine tourne autour de la roue arrêtée.

Quand on pousse un levier vers l'avant et l'autre vers l'arrière, la machine tourne autour d'elle-même, en un point situé au milieu de l'axe joignant les roues arrière.

La motorisation de la roue avant s'ajuste automatiquement en fonction des deux commandes passées sur les deux roues arrière.

Enfin, dans le mode manuel on peut également faucher de l'herbe. Pour cela, après avoir vérifié que personne ne se trouve à proximité des disques de coupe, on met ON le boîtier de gestion de la barre de coupe (interrupteur "hard" pour la sécurité). On place ensuite le sélecteur de coupe du tableau de bord sur ON. A cet instant les 4 disques de la barre de coupe se mettent en rotation.</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 3/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode enregistrement de parcours (GPS nécessaire)'''

- Avant de commencer à enregistrer un parcours, on définit arbitrairement un point de référence pour le champ et on le marque par un petit piquet. Ce point sera l'origine des coordonnées dans le repère géographique (photo)

- On sélectionne ensuite le numéro de fichier dans lequel le parcours va être enregistré, grâce aux deux sélecteurs du tableau de bord.

- On met la base ON

- On vérifie alors que la LED d'état GPS se met à clignoter rapidement.

- On quitte le mode manuel en plaçant le sélecteur de mode du tableau de bord sur la position enregistrement.

- On amène alors la machine manuellement à la position du point de référence. Précisément c'est l'antenne GPS qui doit se trouver au dessus de ce repère. Cette antenne GPS est située au dessus du point centré entre les deux roues arrière et qui est le point de rotation de la machine sur elle-même.

- On attend que la LED donnant le statut du GPS soit maintenant allumée sans clignotement. Cela indique que le GPS est à sa précision maximum ("Fix" GPS).

- On marque la position origine 0,0 en appuyant sur le BP marqueur du tableau de bord.

- On se dirige alors vers le point suivant que l'on veut cartographier. Dès qu'il est atteint, on le signale à l'aide du marqueur.

- Pour mettre fin à l'enregistrement on repasse en mode manuel.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_enregistrement.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 4/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode fauchage (GPS nécessaire)'''

Il faut d'abord préparer le fichier de points que la machine doit parcourir pour faucher tout le champ sans laisser de surface non coupée. Pour cela on récupère le fichier enregistré dans la carte mémoire et à partir de ces coordonnées, à l'aide par exemple d'Excel, on génère une liste de points comme sur la photo. Pour chacun des points à atteindre on indique si la barre de coupe est ON ou OFF. Comme c'est la barre de coupe qui consomme le plus de puissance (de 50 à 100 Watts suivant l'herbe), il faut veiller à couper la barre de coupe lors de la traversée d'un champ déjà fauché par exemple.

La carte de fauchage étant générée, on remet la carte mémoire sur son shield dans le tiroir de commande.

Il ne reste plus alors que mettre ON la base et se rendre sur le champ à faucher, juste au dessus du repère de référence. On met ensuite le sélecteur de mode sur "Fauchage".

A ce moment la machine attendra toute seule le verrouillage GPS RTK en "Fix" pour faire une mise à zéro des coordonnées et commencer à faucher.

Lorsque le fauchage sera terminé, elle reviendra seule au point de départ, avec une précision d'une dizaine de centimètres.

Pendant le fauchage, la machine se déplace en ligne droite entre deux points consécutifs du fichier de points. La largeur de coupe est de 1,1 mètre. Comme la machine a une largeur entre roues de 1 mètre et peut tourner autour d'une roue (voir video), il est possible de faire des bandes de fauchage contiguës. C'est d'une grande efficacité !

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_fauchage.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie mécanique</translate>
|Step_Content=<translate>'''La structure du robot'''

Le robot est construit autour d'une structure en treillis de tubes d'aluminium, ce qui lui confère une bonne rigidité. Ses dimensions sont environ de 1.20 mètre de long, 1 mètre de large et 80 cm de haut.

'''Les roues'''

Elle peut se déplacer grâce à 3 roues de vélo enfant de diamètre 20 pouces: Deux roues arrière et une roue avant semblable à la roulette des chariots de supermarché (photos 1 et 2). C'est le mouvement relatif des deux roues arrière qui assure son orientation.

'''Les moteurs à galet'''

A cause des irrégularités de terrain, il est nécessaire de disposer de couples importants et donc d'un grand rapport de réduction. Dans ce but j'ai utilisé le principe de galet appuyant sur la roue, comme sur un solex (photos 3 et 4). La réduction importante permet de garder la machine stable dans une pente, même lorsque l'on coupe l'alimentation des moteurs. En contrepartie, la machine avance lentement (3 mètres / minute)...mais l'herbe pousse lentement....

On peut noter que les 3 roues sont motorisées avec des moteurs à galet. La motorisation de la roue avant permet d'éviter le blocage de cette roue directrice lorsqu'elle tombe dans un creux important.

Pour la conception mécanique j'ai utilisé le logiciel de dessin OpenScad (logiciel à scripts très efficace). En parallèle pour les plans de détail j'ai utilisé Drawing de OpenOffice. 

Enfin voici la liste de sites où les différents éléments mécaniques ont été achetés:

[https://wikifab.org/images/e/e4/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf]</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_illustration.png
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RoueAvant.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet_.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>'''GPS simple'''

Le GPS simple (photo 1), celui qui est dans notre voiture n'a une précision que de quelques mètres. Si on enregistre la position indiquée par un tel GPS maintenu fixe pendant une heure par exemple, on va observer des fluctuations de plusieurs mètres. Ces fluctuations sont dues à des perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère, mais aussi à des erreurs d'horloge des satellites et des erreurs de meure du GPS lui-même. Il ne convient donc pas pour notre application.

'''GPS RTK'''

Afin d'améliorer cette précision, on utilise deux GPS situés à une distance inférieure à 10 Km (photo 2). Dans ces conditions, on peut considérer que les perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère sont identiques sur chaque GPS. Ainsi la différence de position entre les deux GPS n'est plus perturbée (différentiel). Si maintenant on fixe un des GPS (la base) et si on place l'autre sur un véhicule (le rover), on obtiendra précisément le déplacement du véhicule par rapport à la base sans perturbations. De plus ces GPS effectuent une mesure de temps de vol beaucoup plus présise que les GPS simples (mesures de phase sur la porteuse).

Grâce à ces améliorations, on obtiendra une précision de mesure centimétrique pour le déplacement du rover par rapport à la base.

C'est ce système RTK (Real Time Kinematic) que nous avons choisi d'utiliser.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage9.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>J'ai acheté 2 circuits GPS RTK (photo 1) à la société Navspark.

Ces circuits sont montés sur un petit circuit imprimé équipé de broches au pas de 2.54 mm qui se monte donc directement sur les plaques d'essai.

Comme le projet est localisé dans le sud-ouest de la France, j'ai choisi des circuits travaillant avec les constellations de satellites américains GPS ainsi que la constellation russe Glonass.

Il est important d'avoir le maximum de satellites afin de bénéficier de la meilleure précision. Dans mon cas, j'ai couramment entre 10 et 16 satellites.

On doit également acheter

- 2 adaptateurs USB, nécessaire pour relier le circuit GPS à un PC (tests et configuration)

- 2 antennes GPS + 2 câbles adaptateurs

- une paire d'emetteurs-récepteurs 3DR afin que la base puisse émettre ses corrections vers le rover et le rover les recevoir.

Ci-joint la liste des achats avec des liens internet vers les revendeurs:

[https://wikifab.org/images/a/ad/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf]

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_RTK.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>La notice du GPS que l'on trouve sur le site de Navspark permet de mettre en œuvre progressivement les circuits.

http://navspark.mybigcommerce.com/content/NS-HP-GL-User-Guide.pdf

Sur le site de Navspark on trouvera également

- le logiciel à installer sur son PC Windows pour visualiser les sorties des GPS et programmer les circuits en base et en rover.

- Une description du format des données GPS (phrases NMEA)

Tous ces documents sont en anglais mais ils sont relativement faciles à comprendre. Dans un premier temps, la mise en œuvre se fait sans le moindre circuit électronique grâce aux adaptateurs USB qui fournissent également toutes les alimentations électriques.

La progression est la suivante:

- Test des circuits individuellement qui fonctionnent comme des GPS simples. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité de quelques mètres.

- Programmation d'un circuit en ROVER et l'autre en BASE

- Constitution d'un système RTK en reliant les deux modules par un simple fil. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité relative ROVER/BASE de quelques centimètres !

- Remplacement du fil liant BASE et ROVER par les émetteurs-récepteurs 3DR. Là encore le fonctionnement en RTK permet une stabilité de quelques centimètres. Mais cette fois BASE et ROVER ne sont plus reliés par un lien physique.....

- Remplacement de la visualisation PC par une carte Arduino programmée pour recevoir les données GPS sur une entrée série... (voir plus bas)

Nota: Sur les photos fournies à l'étape 2 on voit que le GPS du rover se trouve au sommet d'un mât. C'est une précaution que j'avais prise pour éviter les effets d'écran de mon corps près de la machine lors de la mise au point. En fait, cette précaution n'est plus utile lorsque la mise au point est terminée et que le rover évolue seul sans présence humaine autour.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Un GPS ne donne que sa propre position dans le repère géographique sans aucune indication de direction. Cela ne suffit pas pour se diriger efficacement vers un autre point à atteindre, comme le suggère la figure 1.

L'idée qui vient naturellement est d'adjoindre une boussole à ce GPS. Dans ce cas il sera nécessaire de caler l'indication de la boussole avec le repère géographique.

Comme le montre également la figure 1, on peut aussi remplacer la boussole par un GPS additionnel. Dans ce cas la différence de position entre les deux GPS permet de calculer directement l'orientation par rapport au repère géographique, sans soucis de recalage de repères. Je n'ai pas choisi cette solution par souci d'économie.

La boussole que j’ai utilisée est la CMPS11. Actuellement ce modèle est remplacé par la CMPS12, basée sur un circuit BNO055, qui est très proche. [http://www.robot-electronics.co.uk/files/cmps12.pdf cmps12.pdf (robot-electronics.co.uk)]

J’ai monté cette boussole sur ma machine en orientant vers l’avant la direction « HEADING » fournie par la documentation. La figure 2 montre alors comment est la lecture de la boussole en fonction de l’orientation de la machine. Le Nord est le nord magnétique, celui indiqué par une boussole à aiguille magnétique.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationBesoinBoussole.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoussoleOrientation.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate></translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBousssole_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Comment "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

On utilise pour cela le mode enregistrement de parcours (voir étape 5), en faisant se déplacer la machine selon un certain nombre de rayons couvrant la totalité de l’azimut de 360°. Des repères au sol permettent de se guider afin d’assurer un pilotage manuel en ligne droite.

La figure 1 montre par exemple ce que j’ai fait obtenu avec ma machine après fixation de la boussole dans sa position définitive. Toutes les 3 seconde, sont enregistrées une valeur position GPS et une valeur boussole.

On peut alors simplement représenter ces positions GPS traduites en mètres dans le repère XY géographique et en même temps porter la valeur moyenne des valeurs boussole obtenues lors du parcours de chaque rayon.

Toutes ces valeurs peuvent être écrites selon deux colonnes:

- celle des angles calculés dans le repère XY pour atteindre un point choisi (par exemple 110.6)

- celle des indications boussole que l'on aura si la machine se dirige vers ce point (par exemple 230)

Il ne reste plus qu' à trouver la fonction qui va nous faire passer des angles dans le repère géographique GPS aux indications de la boussole. C'est ce que réalise la fonction '''boussole (angle)''' dont le programme est donné sur la figure 2. Dans l'exemple donné, on peut vérifier que l'on retrouve bien les indications boussole à mieux que 2 LSB

La valeur '''but =''' '''boussole (angle)''' est ensuite utilisée par les fonctions de rotation de la machine (figure 3).</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBoussole_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionBoussole.bmp
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionRotationRoue.bmp
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe de navigation avec GPS et boussole</translate>
|Step_Content=<translate>Le déplacement de la machine se fait de WP en WP selon des lignes droites.

Au départ d'un WP, la boussole indique la direction du prochain WP à atteindre. Cependant, afin d'éviter

- les erreurs de direction qui croissent avec la distance parcourue

- les dérives latérales par glissement (en situation de dévers)

des points intermédiaires situés sur la droite joignant les deux WP sont calculés. Ces points intermédiaires sont situés à environ deux mètres à l'avant de la machine, comme montré sur la figure 1.

Ensuite, à chaque position courante de la machine P(x,y) on calcule l''''angle''' (par rapport à Xgéo) nécessaire pour atteindre ce point intermédiaire. On calcule également l'indication de la boussole correspondant à cet angle, '''but_boussole'''. C'est à ce moment que sert la boussole "calibrée" par rapport au repère géographique. La machine tourne jusqu'à ce que l'indication de la boussole soit égale à '''but_boussole.''' Ainsi la machine pointera vers le point intermédiare, quelle que soit l'orientation de départ de la machine.

Les calculs de ces points intermédiaires et de l'angle de correction sont explicités dans : [https://wikifab.org/images/6/6d/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf]

Ce principe de navigation donne de très bons résultats. Lors de tests, j'ai déplacé latéralement la machine de 50 cm et j'ai pu constater qu'elle réagissait rapidement pour rallier la ligne des WP (voir figure 2).

Si la machine était munie de capteurs de distance à l'avant (ce n'est pas le cas actuellement) on pourrait facilement lui faire contourner un obstacle et revenir ensuite automatiquement sur la ligne des WP.

La simulation de la figure 2 montre cependant que les erreurs boussole se traduisent par des écarts de position par rapport à la ligne des WP.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeNavigation_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RetourSurTrace.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Proposition d'ajout d'un asservissement de position.</translate>
|Step_Content=<translate>Ce système n'est pas implanté dans la machine actuelle. J'ai fait des simulations qui montrent que grâce à cet asservissement PID (Correction Proportionnelle, Intégrale et Dérivée) on pourrait compenser les écarts de position induits par les erreurs de la boussole (voir paragraphe précédent).

La figure 1, montre qu'une erreur boussole de l'ordre de 5° peut introduire une erreur de suivi de ligne de presque 9 cm. C'est dommage car on gaspille ainsi la précision du GPS pourtant proche de 2 cm.

La figure 2 explique un principe d'asservissement de position PID qui permettrait de verrouiller le robot sur la ligne des WP, même en cas d'imprécision de la boussole ou d’évolution dans le temps de son calage (masses magnétiques, champ magnétique moteurs).

La figure 3 explique le calcul de l’erreur de position « d » du robot nécessaire au calcul de la correction.

La figure 4 montre la simulation de cette correction avec ce principe d'asservissement. Une simple correction Proportionnelle et Intégrale ramène les erreurs au niveau de celles du GPS.

En conclusion, en combinant un asservissement angulaire avec la boussole et un asservissement de position par rapport à la ligne suivie, on bénéficie à la fois d'une grande efficacité et d'une très bonne précision directement reliée au GPS RTK.

Je recommanderais donc à ceux qui construisent leur propre robot, de l'implanter dans leur logiciel.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeAsservissement_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_1_.jpg
|Step_Picture_04=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_2_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les deux types de virages</translate>
|Step_Content=<translate>Deux types de virages sont définis (figure 1):

- virages autour du centre situé entre les deux roues arrière

- virage autour d'une roue, soit la roue gauche pour tourner à gauche, soit la roue droite pour tourner à droite

Les fonction boussole() est expliquée à l'étape 13.

Le virage autour du centre est d'usage général. Il peut cependant être utilisé pour parcourir une grille de fauchage en bandes contigües (figure 2). Tous les points doivent être atteints les uns après les autres, comme le montre la figure 2..

Toutefois le virage autour d'une roue est mieux adapté pour réaliser précisément des bandes contiguës pendant le fauchage (figure 3). Par rapport au virage autour du centre, il s'avère plus précis et plus fluide. Par contre ici l'un des points en bout de ligne est omis, car inutile (N=N+1 dans le programme).

Enfin, le virage autour d'une roue est aussi utilisé pour réaliser les petites corrections angulaires lors du trajet entre deux WP, afin de pointer vers le point intermédiaire situé au devant de la machine (figure 4). Là aussi c'est une correction beaucoup plus fluide que si RotationCentre était utilisée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Rotations_2.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotCentre_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_1_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate></translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoitierElec.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BaseRover.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_NMEA.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate></translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Empilement.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Brochage_Mega.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Tableau_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le programme de pilotage Arduino</translate>
|Step_Content=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La barre de coupe et sa gestion</translate>
|Step_Content=<translate></translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Barre.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ElectroniqueBarreDeCoupe.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Quelle suite donner ? Quelles améliorations ?</translate>
|Step_Content=<translate></translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_nouveau_navspark.gif
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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CommentStreams:A2b0863884b3106e3d10c45f8f45afd8

2024-01-24T16:59:59Z

Occitan :

Et en plus la description profite parfaitement du format de tuto Wikifab ! J’espère que d’autres fablabs utiliseront aussi Wikifab pour partager leurs réalisations…
{{DISPLAYTITLE:
Intéressant !
}}

Table à lame d'air

2024-01-23T18:00:14Z

Occitan :

{{Tuto Details
|Main_Picture=Table_lame_d_air_Vue_AirSlitTable.png
|Main_Picture_annotation={"version":"2.4.6","objects":[{"type":"image","version":"2.4.6","originX":"left","originY":"top","left":-55,"top":40,"width":800,"height":381,"fill":"rgb(0,0,0)","stroke":null,"strokeWidth":0,"strokeDashArray":null,"strokeLineCap":"butt","strokeDashOffset":0,"strokeLineJoin":"miter","strokeMiterLimit":4,"scaleX":0.92,"scaleY":0.92,"angle":0,"flipX":false,"flipY":false,"opacity":1,"shadow":null,"visible":true,"clipTo":null,"backgroundColor":"","fillRule":"nonzero","paintFirst":"fill","globalCompositeOperation":"source-over","transformMatrix":null,"skewX":0,"skewY":0,"crossOrigin":"","cropX":0,"cropY":0,"src":"https://wikifab.org/images/thumb/2/28/Table_lame_d_air_Vue_AirSlitTable.png/800px-Table_lame_d_air_Vue_AirSlitTable.png","filters":[]}],"height":450,"width":600}
|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
|Difficulty=Medium
|Duration=7
|Duration-type=day(s)
|Cost=500
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, et sa réalisation

- expliciter une version simplifiée qui conviendrait pour la restauration collective</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
|Step_Picture_00=Table_lame_d_air_Global_1.jpg
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Global_2.jpg
|Step_Picture_02=Table___lame_d_air_Global_3.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_ModuleTurbinesUVC_1.jpg
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_ModuleTurbinesUVC_2.jpg
|Step_Picture_02=Table___lame_d_air_ModuleTurbinesUVC_3.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Proto_1.jpg
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Proto_2.jpg
|Step_Picture_02=Table___lame_d_air_Proto_3.jpg
|Step_Picture_03=Table___lame_d_air_Proto_4.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Bougies_2.mp4
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Armenie_5.mp4
|Step_Picture_02=Table_lame_d_air_Fumee_2.mp4
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace.

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Salle_cantine.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
}}
{{Notes
|Notes=<translate></translate>
}}
{{PageLang
|Language=fr
|SourceLanguage=none
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}}
{{Tuto Status
|Complete=Published
}}

Table à lame d'air

2024-01-23T14:36:08Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir. Le moment du repas partagé est en effet le maillon faible de la prévention car les personnes sont sans masque, à proximité les uns des autres et discutent entre eux.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
|Difficulty=Medium
|Duration=7
|Duration-type=day(s)
|Cost=500
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, sa réalisation et son utilisation</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
|Step_Picture_00=Table_lame_d_air_Global_1.jpg
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Global_2.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Proto_1.jpg
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|Step_Picture_03=Table___lame_d_air_Proto_4.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Bougies_2.mp4
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Armenie_5.mp4
|Step_Picture_02=Table_lame_d_air_Fumee_2.mp4
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace.

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Salle_cantine.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Table à lame d'air

2024-01-23T14:28:25Z

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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

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'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

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'''Vidéo 3:'''

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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace.

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).</translate>
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Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut doivent être traités:

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|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. On peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

Enfin, je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
}}
{{Notes
|Notes=<translate></translate>
}}
{{PageLang
|Language=fr
|SourceLanguage=none
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}}
{{Tuto Status
|Complete=Published
}}

Table à lame d'air

2024-01-23T14:09:09Z

Occitan :

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|Description=<translate>Le but de ce tutoriel est de montrer que l'utilisation d'une table à lame d'air permettrait de partager des repas avec d'autres personnes sans partager les microbes. L'intérêt est évident pour les restaurants et les cantines scolaires ou d'entreprises, dans le cadre du Covid mais aussi pour d'autres virus respiratoires à venir.</translate>
|Area=Health and Wellbeing
|Type=Technique
|Difficulty=Medium
|Duration=7
|Duration-type=day(s)
|Cost=500
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

Les purificateurs d'air sont très intéressants pour éliminer les aérosols dans une classe dont les élèves portent un masque. En effet, seuls les aérosols les plus ténus passent à travers les masques et diffusent dans toute la salle, en particulier jusqu'au niveau des purificateurs d'air qui les aspirent et les traitent. Peu à peu, comme expliqué dans mon tuto sur le purificateur d'air, la concentration en virus diminue jusqu'à un niveau qui dépend du débit de traitement et du débit d'émission de la personne covidée (Compétition).

Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

[https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0059970 https://journals.plos.org/plosone/ar...l.pone.0059970]

Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

- décrire le concept

- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

- donner quelques pistes pour améliorer le concept, sa réalisation et son utilisation</translate>
}}
{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Agencement général</translate>
|Step_Content=<translate>On notera d'abord que le design présenté ici n'a pas été réalisé, mais qu'il a

été imaginé sur la base des tests effectués avec le prototype de la lame d'air et de la récupération des aérosols. Son but est principalement d'expliciter le fonctionnement d'une ''possible'' table à lame d'air.

'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
|Step_Picture_00=Table_lame_d_air_Global_1.jpg
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Global_2.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Description du concept: Module turbines et traitement de l'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' Cette figure présente la circulation de l'air dans le système. La turbine d'aspiration envoie l'air vicié récupéré au sommet de la tente directement dans la chambre d'irradiation UV C. A la sortie cet air désinfecté est partiellement récupéré par la turbine alimentant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le prototype pour tester la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Figure 1:''' On voit le prototype de la lame d'air avec la tente de récupération et avec les deux turbines qui ne "bouclent" pas au travers du module de traitement. Le module de traitement des aérosols ne fait pas partie du prototype. Ce module en effet a déjà été évalué ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ). De plus le plateau fendu n'est pas représenté car ce détail ne semble pas avoir une réelle importance. Ainsi, la table supporte l'ensemble tube lame d'air et tube d'aspiration.

'''Figure 2:''' On voit ici la fente et les deux "lèvres" qui déterminent la divergence de la lame d'air. Il s'agit ici d'un réglage particulier, pas forcément optimum.

'''Figure 3:''' On voit ici la fente d'aspiration située au point le plus haut.

'''Figure 4:''' La récupération de la totalité des aérosols est un vrai problème car la "force d'aspiration" est toujours à faible portée. Aussi il est important que des volutes d'air soient réorientées vers l'intérieur afin de bénéficier de l'assistance de la lame d'air. Ce problème a été vu et corrigé lors des tests.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Proto_1.jpg
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|Step_Picture_03=Table___lame_d_air_Proto_4.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des tests de la lame d'air</translate>
|Step_Content=<translate>'''Vidéo 1:'''

On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Bougies_2.mp4
|Step_Picture_01=Table___lame_d_air_Armenie_5.mp4
|Step_Picture_02=Table_lame_d_air_Fumee_2.mp4
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Améliorations</translate>
|Step_Content=<translate>Il faut voir ce tutoriel comme une exploration d'un principe et non comme une version définitive d'une table à lame d'air. Il reste donc pas mal d'optimisation pour améliorer l'efficacité et l'esthétique..

1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace.

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Utilisation en restauration collective</translate>
|Step_Content=<translate>Une version simplifiée, sans tente de récupération, pourrait être envisagée pour la restauration collective, dans les écoles comme dans les entreprises. J’ai vérifié en effet que la lame d’air est toujours capable d’aspirer vers elle les aérosols, même sans tente de récupération. Dans ce cas ces aérosols contaminés sont envoyés au plafond et doivent y être traités.

Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table. L'utilisation d'une lame d'air seule permet la capture et la dilution quasi immédiates dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

Ensuite les aérosols ainsi dilués et transportés vers le haut pourraient être mieux pris en compte

- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

- Soit par des plafonniers de désinfection à UVC pouvant être utilisés en présence de personnes (https://www.assets.signify.com/is/content/Signify/Assets/philips-lighting/france/20210817-fiche-produit-uv-c-upper-air-fixation-plafond.pdf)

A titre d’exemple, l’illustration de gauche montre un réfectoire collectif dans lequel chaque table est munie d’une simple fente et d’un plafonnier UVC situé au-dessus. On peut noter que ce type de table à lame d’air est tout à fait adapté à la restauration avec plateau repas.</translate>
|Step_Picture_00=Table___lame_d_air_Salle_cantine.png
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion</translate>
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Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. Je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

Enfin, on peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

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Table à lame d'air

2024-01-23T13:41:44Z

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{{Introduction
|Introduction=<translate>L'idée de cette table à lame d'air est le prolongement de ma réflexion sur les purificateurs d'air ( [[Purificateur d'air anti-Covid]] ).

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Par contre, ces purificateurs d'air sont beaucoup moins efficaces dans les cantines où les personnes sont face à face et n'ont évidemment pas de masques. En effet, sans masque, des aérosols sont produits et peuvent être projetés vers la personne en face, bien avant d'avoir pu être récupérés par le purificateur.... .

On trouvera des informations sur les gouttelettes et aérosols émis sur ces deux liens:

https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/technologie-bien-placer-table-temps-pandemie-83734/

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Cependant on va voir que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les personnes qui se font face peut être une solution pour partager un repas sans partager des microbes....

Dans ce qui suit, on va

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- décrire le banc de test de la lame d'air et donner les résultats expérimentaux obtenus

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'''Figure 1:''' Une table au plateau fendu laisse passer une lame d'air ascendante qui sépare les convives. Cette lame d'air n'est pas ressentie par les personnes mais par contre elle recueille et entraîne rapidement vers le haut les aérosols émis. L'air contaminé est ensuite récupéré par une tente et aspiré par une fente située au point le plus haut. Cet air vicié est ensuite purifié par irradiation avec des UV C (on pourrait également en retenir les aérosols par un filtre HEPA). Une partie de cet air nettoyé est ensuite aspiré par une turbine et renvoyé vers le tube produisant la lame d'air.

'''Figure 2:''' On voit le tube fendu situé sous la table. Ce tube est fixé à la table à plateau fendu. On peut imaginer que ce tube reste à demeure même si la table peut être utilisée comme une table ordinaire. Un simple cache masque alors la fente du plateau. Au point le plus haut de la tente on aperçoit la fente du tube aspirateur.

'''Figure 3:''' Cette figure montre les détails des tubes générateur de la lame d'air et du tube aspirateur. On note que la fente générant la lame d'air est équipée de deux "lèvres" qui permettent de contrôler la divergence de la lame.</translate>
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'''Figure 2:''' On voit ici, après avoir enlevé le réflecteur aluminium, l'air vicié récupéré qui est soufflé autour du tube UVC. Ces tubes sont suffisamment puissants pour détruire les virus et bactéries. Le réflecteur aluminium renforce très notablement l'irradiation. Voir les explications dans [[Purificateur d'air anti-Covid]]

'''Figure 3 :''' Cette figure montre une particularité qui permet un débit d'aspiration (200 m3/H) supérieur au débit de la lame d'air (100 m3/H) afin de capturer et retenir au mieux les aérosols dans la tente, tout en assurant que l'air envoyé dans la lame d'air est bien désinfecté. Globalement le système ne renvoie dans la salle que de l'air propre.

'''Nota:''' On verra expérimentalement que la lame d'air entraîne une partie de l'air ambiant par effet Venturi. Ainsi le volume d'air récupéré par la tente est supérieur au volume d'air émis par la fente. Une aspiration nettement supérieure au débit de la lame d'air doit donc être prévue. </translate>
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On voit deux bougies allumées placées à la hauteur des visages des convives. Dans un premier temps la lame d'air est arrêtée et la flamme des bougies est très stable. Dans un deuxième temps la lame d'air est activée. Les flammes des deux bougies vacillent légèrement. De plus elles sont légèrement penchées vers la lame d'air, traduisant un léger flux d'air vers elle. Toutefois ces légers mouvements d'air sont faibles et les convives ne ressentent aucune gêne.

'''Vidéo 2:'''

On a remplacé les deux bougies par deux morceaux de papier d'Arménie en train de se consumer. On constate bien que les fumées des deux côtés sont entraînées vers la lame d'air. C'est dû au fait qu'il y règne une légère dépression, due à la vitesse de l'air. C'est l'effet Venturi. Cet effet est très utile ici car il draine tous les aérosols légers pouvant sortir des nez et des bouches des convives lorsqu'ils mangent et parlent.

'''Vidéo 3:'''

On teste ici l'effet d'un "éternuement poli".... produit par un générateur de fumée utilisé pour les discothèques.... Le résultat est satisfaisant dans la mesure où la majorité des aérosols sont captés par la lame d'air et piégés dans la tente de récupération avant d'être aspirés. Toutefois, il ne faudrait pas compter sur la protection de la lame d'air dans le cas d'un "éternuement débridé" contenant de grosses gouttelettes.....</translate>
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1) Optimiser la lame d'air

La largeur et la divergence de la lame d'air n'ont pas été optimisées. Le but était de démontrer un principe. L'optimisation de la lame d'air permettrait peut-être de réduire notablement (?) la largeur de la tente servant à récupérer l'air vicié. De plus d'autres types de fentes pourraient être utilisées comme celles à effet Coanda.... Mais la contrainte essentielle reste qu'un faible bruit est requis !

2) Optimiser la récupération et l'aspiration des aérosols

Trouver une largeur de fente d'aspiration qui minimise les retours de l'air de la lame vers les bords de la tente. Trouver une forme de tente à la fois esthétique et efficace.

3) Améliorer le design mécanique et esthétique

On peut juste souligner que toute amélioration géométrique et esthétique de la tente de récupération doit être validée par la conservation de l'efficacité de récupération. Par contre, inclure un éclairage sympa dans la tente ne pose aucun problème (facile par exemple avec des LEDs dont on peut facilement choisir la couleur à la demande).</translate>
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Les discussions sur l'utilisation des purificateurs d'air font ressortir la nécessité de diluer rapidement les aérosols dans un grand volume d'air de façon à en diminuer la concentration (et donc la contagiosité). On n'a pas intérêt en effet à garder des volutes d'aérosols concentrées près des autres convives autour d'une table.

L'utilisation d'une lame d'air seule permet cette dilution quasi immédiate dans une grande quantité d'air (transport vers le plafond).

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- Soit par ''un unique purificateur à fort débit'' situé dans la salle ( voir [https://wikifab.org/w/Purificateur_d'air_anti-Covid Purificateur d'air anti-Covid] au paragraphe "prolongement de l'idée pour l'école").

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|Step_Content=<translate>On a montré expérimentalement que l'utilisation d'une lame d'air pour séparer les convives qui se font face est un moyen très efficace pour récupérer les aérosols émis par chacun et donc d'éviter de se contaminer.

Deux effets physiques sont en jeu:

- L'effet Venturi produit par la lame d'air qui draine efficacement les aérosols produits au niveau des nez et des bouches des convives. Cet effet est cependant très doux et ne constitue pas une gêne comme le ferait par exemple un ventilateur.

- L'aspiration assistée par lame d'air qui permet le transport efficace des aérosols vers la fente d'aspiration (une aspiration seule n'a aucune "portée" et serait infiniment moins efficace).

Ces principes étant démontrés, il ne reste plus qu'un travail de design détaillé et d'optimisation. Je verrais bien un développement dans le cadre de la restauration collective (restaurants d'entreprise, cantines scolaires). L'utilisation de plateaux repas s'accommode très bien de la nécessaire présence de la lame d'air.

Enfin, on peut noter que si le design actuel fait usage d'UVC, il est tout à fait possible de purifier l'air en le filtrant par des filtres HEPA (solution préférée par la règlementation française).

'''Nota:'''

Suite à quelques recherches internet, il semble que ce concept est original et ne semble pas exploité ni même décrit. En le décrivant ici j'en fais donc cadeau à celui qui voudra bien l'exploiter.

 </translate>
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|Notes=<translate></translate>
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Fichier:Table lame d air Salle cantine.png

2024-01-23T13:40:07Z

Occitan : Table___lame_d_air_Salle_cantine

Table___lame_d_air_Salle_cantine

Mesure de la vitesse de rotation de la terre avec un gyromètre BOSCH BNO055

2023-12-31T08:01:26Z

Occitan :

{{Tuto Details
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|Description=<translate>Mesurer la vitesse de rotation de la terre sur elle-même avec un gyromètre, comme ceux qui se trouvent dans les manettes de jeux, est un vrai petit défi. Ces gyromètres en effet, sont faits pour mesurer des vitesses de rotation imprimées aux manettes de jeux par des joueurs très réactifs… vitesses qui sont bien supérieures à la vitesse de rotation de notre vieille terre de 360° en 24H, soit 0.00417 °/s !</translate>
|Area=Science and Biology
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{{Introduction
|Introduction=<translate>D’abord, rendons à Cesar ce qui est à Cesar ! L’idée de cette mesure vient d’un site internet qui publie des ressources pédagogiques dans le domaine de la science et de la technologie ([http://www.pabr.org www.pabr.org]). La description de l’expérience initiale vaut le détour ! Cette expérience en effet part d’une manette de jeux posée sur un plateau de tourne-disques … (http://www.pabr.org/copernitron/copernitron.fr.html).

De plus l’article rappelle les différentes tentatives de mesures qui se sont déroulées principalement au XIXème siècle et dont le point d’orgue a été la célèbre expérience de Foucault avec son célèbre pendule ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Pendule_de_Foucault ). On en retient que mettre en évidence directement la rotation de la terre par une mesure inertielle, n'est pas chose facile.

À la suite de cette intéressante lecture j’ai eu envie d’expérimenter à mon tour en partant d’un circuit élémentaire de mesure inertielle BNO055 et d’un banc de test de ma fabrication, afin de pouvoir tester plusieurs principes de mesure.

'''Vidéo d'introduction:'''

On y voit fonctionner le matériel qui a servi à enregistrer le signal très faible produit par la rotation terrestre sur le circuit de mesure inertielle posé sur un plateau tournant.

Le signal utile est prélevé à chaque fois que la rotation s'arrête pendant quelques secondes: A ce moment, la seule rotation "vue" par le circuit est la rotation terrestre (environ 4 millièmes de degrés par seconde). Ce n'est qu'après l'enregistrement de milliers d'échantillons que le signal utile sortira du bruit.

Ce que je trouve fascinant, c'est qu'un signal aussi faible peut être détecté avec un dispositif qui semble sorti d'un roman de Jules Verne....</translate>
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{{TutoVideo
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|mp4video=VideoBanc .mp4
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{{Materials
|Material=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le défi</translate>
|Step_Content=<translate>La vitesse de rotation de la terre sur elle-même est de 360 / 24 / 3600 = 0.00417 °/s.

Pour faire cette mesure, on va utiliser le circuit intégré BNO055 de Bosch qui est un capteur inertiel réalisé en Technologie MEMS (Micro Electro-Mechanical System). Dans la partie gyromètre qui nous intéresse ici, une masse d’épreuve est mise en vibration et réagit aux rotations grâce à la force de Coriolis (https://www.youtube.com/watch?v=KiJ9xr8_GSI), comme le pendule de Foucault. En quelque sorte c’est un pendule de Foucault dans un circuit intégré…. Mais les dimensions ont été fantastiquement réduites, comme on peut le voir sur la figure 1....

Le défi réside dans l'utilisation de ce type de circuit à bas coût conçu pour les manettes de jeux. La plage de mesure la plus sensible est en effet de +/- 125 °/s, codée sur 16 bits (figure 2).

Dans ces conditions le pas de quantification est de 250 / 2^16 = 0.0038 °/s, très proche de la vitesse de rotation que l'on cherche à mesurer....

Heureusement il y a du bruit ! C'est ce qui va nous permettre de sortir du pas de quantification ...... sinon ce serait sans espoir de pouvoir faire une mesure de la rotation terrestre avec un minimum de précision !

La figure 3 montre un enregistrement du bruit qui oscille sur près de 70 pas de quantification (LSB) en crête à crête, soit plus de 60 fois la valeur de la rotation terrestre ! On sent bien que la stratégie va être de moyenner de nombreuses mesures.... tout en évitant les dérives long terme et les biais...

 </translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principes des mesures de rotation de la terre</translate>
|Step_Content=<translate>'''Le BNO055 en Occitanie....'''

Les 4 premières figures indiquent l'orientation du circuit lorsque l'expérience se déroule dans un coin d'Occitanie où la latitude est très proche de 45° Nord.

'''Mesures par différence entre deux positions'''

On ne peut pas mesurer directement des valeurs de la projection de Omega _terre car la réponse du capteur comporte toujours un offset inconnu. Par contre en faisant la différence entre deux mesures à deux positions différentes, on s'affranchit de cet offset. Par exemple la différence entre la position Z // Omega et Z antiparallèle à Omega nous donne deux fois la vitesse de rotation de la terre tout en annulant l'offset. De même la différence entre deux positions perpendiculaires à l'axe de rotation terre doit être égale à zéro.

'''Mesures par modulation sinusoïdale et analyse spectrale'''

Si maintenant au lieu de se contenter de deux positions, on prélève une dizaine d'échantillons par tour, on va réaliser une modulation sinusoïdale de la valeur à mesurer. On obtiendra typiquement la sinusoïde de la figure 5.

Cette modulation ne sera pas visible car elle sera largement noyée dans le bruit. Heureusement la technique d'analyse spectrale par transformée de Fourier permettra de retrouver son amplitude (valeur de omega_terre) et même sa phase (position en latitude), comme nous le verrons plus bas.

'''Simulation des séquences d'acquisition'''

La dernière animation illustre la séquence de mesures par différence et par modulation sinusoïdale. Noter que chaque fois le changement entre deux positions stables se fait rapidement afin de ne pas perdre de temps.

'''Toutes les mesures se font en statique'''

En effet toutes les acquisitions utiles se font uniquement sur les positions stables. La rotation du BNO055 autour de son axe Y avec une vitesse angulaire bien plus importante que celle de la terre "polluerait" notre mesure de façon importante à cause de couplages entre les axes. Par exemple celui généré par le non parallélisme entre l'axe Y et l'axe de rotation. En prenant les mesures pendant les périodes stables élimine totalement ce problème. La seule rotation qui existe alors est celle de la terre.

 </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_horizontal.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_45.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le banc de mesure</translate>
|Step_Content=<translate>'''Constitution'''

Le banc de mesures est constitué par une planchette support qui tourne autour d’un axe horizontal, mu par un moteur pas à pas. Sur la planchette support se trouve une carte Arduino UNO avec un shield carte SD pour stocker les mesures de vitesse de rotation. A côté on a fixé le petit circuit supportant le gyromètre BNO055. Une pile pour l’alimentation et un interrupteur complètent le montage. Le moteur pas à pas est contrôlé par une autre carte Arduino UNO et un shield moteurs.

On peut trouver facilement tous ces composants, par exemple ici :

Shield SD : https://www.gotronic.fr/art-shield-carte-sd-v4-103030005-21518.htm

Moteur pas à pas : https://www.gotronic.fr/art-moteur-14hm11-0404s-23048.htm

Shield moteurs : https://www.gotronic.fr/art-commande-i2c-de-2-moteurs-cc-grove-108020103-29016.htm

Module Boussole BNO055 : https://www.gotronic.fr/art-module-boussole-bno055-27795.htm

'''Utilisation'''

Avec ce banc il est très facile de reproduire les séquences de mesure décrites au paragraphe précédent. Comme les rotations en effet se font autour de l'axe Y du BNO055, il suffit d'orienter le plan de rotation des vecteurs Z et X dans la direction Nord-Sud. Cette orientation étant faite, on déclenche l'enregistrement continu sur la carte des vitesses de rotation sur les 3 axes. Enfin on lance le programme de commande du moteur pas à pas pour balayer soit deux positions (mesure par différence de deux positions), soit pour échantillonner un certain nombre de positions par tour pendant plusieurs tours (analyse spectrale).</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_banc_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Configuration et acquisition des mesures avec le BNO055</translate>
|Step_Content=<translate>Tout d'abord le circuit BNO055 peut être exploité avec une interface I2C, après avoir fermé le pontet de sélection LK1 (http://www.robot-electronics.co.uk/files/BNO055-schematic.pdf).

De façon pratique, pour configurer et acquérir les mesures à partir d'une carte Arduino UNO, on a besoin d'un exemple type et de la notice du BNO055.

Cette notice peut être téléchargée ici:

https://www.bosch-sensortec.com/media/boschsensortec/downloads/datasheets/bst-bno055-ds000.pdf

D'autre part, le vendeur du circuit m'a fourni un exemple de programme pour acquérir les angles d'Euler, sans bibliothèque particulière, juste en s'aidant de la notice:

https://wikifab.org/images/7/76/Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_BNO055.ino

A l'aide de la notice Bosch et d'un minimum de concentration on peut configurer le circuit pour acquérir les vitesses de rotation autour des 3 axes, sur la plage de mesure la plus sensible +/- 125 °/s et avec la bande passante la plus réduite de 12 Hz:

https://wikifab.org/images/0/09/Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Enregistrement_Gyro.ino

Ce dernier fichier INO est documenté et renvoie aux pages utiles de la notice BOSCH pour les explications. Noter que ce programme permet d'enregistrer soit les angles d'Euler (clé = 0), soit les vitesses angulaires (clé = 1).

Je ne détaille pas plus mais je peux fournir des explications si besoin. </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_GardeBNO.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mise au point des conditions de mesure (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Choix de la sensibilité, de la bande passante''' '''et de la fréquence d'échantillonnage'''

Évidemment le choix du maximum de sensibilité s'impose afin de ne pas noyer le signal utile trop à l'intérieur du pas de quantification. Pour le gyromètre on choisira donc la plage +/- 125 °/s

Pour la bande passante, on choisit la plus basse, soit 12 Hz. En effet le signal de rotation terrestre ne varie pas très rapidement....

Ces deux paramètres sont décrits dans le tableau 3-9 de la notice (Gyroscope configurations).

La période d'échantillonnage est fixée à 0.1 seconde, de l'ordre de grandeur de la constante de temps du filtre (BP = 12 Hz). Une période plus petite ne permettrait pas de recueillir des échantillons indépendants car ils seraient corrélés avec ceux qui sont à l'intérieur d'une constante de temps du filtre. Une période d'échantillonnage plus grande ferait perdre des échantillons utiles pour le calcul de valeur moyenne de la mesure. En effet le rapport signal / bruit de la mesure s'améliore comme la racine carrée du nombre d'échantillons indépendants.

'''Choix de l'axe'''

D'après le principe de mesure, sur les 3 axes, seuls X et Z sont utilisables, Y étant réservé à la rotation. Pour faire ce choix, il y a plusieurs critères:

- le niveau de bruit: Pas très différent entre X et Z...(figure 1)

- la sensibilité au champ magnétique: Suite à un test avec un aimant, l'axe Z est le moins sensible. L'aimant utilisé produisant un champ magnétique beaucoup plus intense que le champ magnétique terrestre

- la sensibilité à la gravité: Ce point sera testé en utilisant deux configurations de mesure et sera discuté plus bas.

'''Mesure statique requise !'''

La figure 2 montre un enregistrement de vitesse de rotation sur les 3 axes, lorsque Y seul tourne, dans un sens puis dans l'autre. On y voit clairement que les mesures sur X et Z sont influencées par la rotation sur Y. Cette perturbation disparaît totalement lorsque la rotation autour de Y est arrêtée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_enreg_bruit.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_couplage_axes.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mise au point des conditions de mesure (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Optimisation de la durée d'intégration par échantillon'''

On va considérer une durée totale de mesure de 1Heure (figure 1).

Pendant cette heure on alterne entre deux positions stables (position 1 et position 2). A chaque position, on acquiert un certain nombre d’échantillons à la fréquence de 10 échantillons par seconde pendant un temps d’intégration Ti. Ces échantillons seront moyennés et constitueront un ensemble de mesures sur les positions stables.

La soustraction deux à deux de ces mesures (figure 1) donnera un ensemble de N valeurs de Omega_terre. En final, on fera la moyenne de ces N valeurs, sachant que l’écart type sur cette moyenne devrait s’améliorer comme la racine carrée de N. Ce sera notre valeur finale de Omega_terre pour 1H d’observation.

Cependant l’amélioration globale du signal à bruit en racine de N dépend de la caractéristique du bruit. Si le bruit comporte des variations lentes importantes plutôt que des variations plus rapides, le choix du temps d’intégration par échantillon Ti sera important. On imagine en effet que si Ti est important, la différence entre les deux positions sera largement influencée par ces dérives lentes.

Aussi on a réalisé un enregistrement de 1 Heure de bruit, en l’absence de tout mouvement, et on a fait un découpage en temps Ti de valeurs différentes avant d’appliquer le traitement prévu pour les vrais échantillons.

Le résultat est donné sur le graphe de la figure 2, pour deux axes X et Z. Pour les deux axes, on constate que lorsque Ti dépasse 60 secondes on commence à voir une augmentation du bruit de mesure, ce qui traduit l’influence de dérives lentes. Ces dérives sont d’ailleurs plus importantes sur l’axe X que sur l’axe Z.

En résumé, pour nos mesures, on adoptera une Temps par position inférieur à 60 secondes. </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_optim_bruit.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_Ti.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des mesures par différences entre deux positions (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>Comme expliqué plus haut, vu le niveau très faible du signal recherché (environ 1 LSB) il se pourrait que certains biais soient bien plus importants que le signal recherché, en particulier l’effet de la gravité qui n’a pu être vérifié (voir Etape 5, Choix de l’axe).

Entre la position 1 et la position 2, la gravité n’agit pas de la même façon sur le BNO055.

Afin d’estimer si la gravité a un effet sur la mesure de rotation de la terre, la procédure d’acquisition est la suivante (voir figure 1):

- Mesure entre deux positions, configuration 1

- Mesure entre les mêmes positions, configuration 2

Du point de vue de la gravité, les configurations 1 et 2 sont identiques. Du point de vue du signal à mesurer entre les deux positions, on doit avoir deux signaux de même valeur mais de signe opposé. On peut donc écrire:

[Pos 2 – Pos 1]Conf1 = G + 2 * Omega_terre * Cos(45°) (G = contribution gravité)

[Pos 2 – Pos 1]Conf2 = G - 2 * Omega_terre * Cos(45°) (G = contribution gravité)

Si la gravité n’a aucun effet, entre Conf 1 et Conf 2, on doit obtenir deux mesures de même amplitude mais de signe opposé.</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_mesure_2Pos.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des mesures par différences entre deux positions (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Haut , Gauche:'''

Enregistement sur 1000 secondes du signal Omega_z brut. On note des "spikes" de signal de plusieurs centaines de LSB. Ces spikes correspondent au couplage de Omega_z avec la rotation Omega_y qui permet de faire la navette entre une position stable et une autre. On ne retient bien sûr que les valeurs Omega_z enregistrées sur les positions après stabilisation.

'''Haut, Droite:'''

Omega_z est enregistré et moyenné pendant 30 secondes sur chacune des deux positions, ce qui donne des paires (Pos1, Pos2, Pos1, Pos2....).

'''Bas, Gauche:'''

On a tracé ici l'évolution des valeurs des différences entre paires en fonction de leur rang d'acquisition, pour la configuration 1. Ces différences devraient être identiques, au bruit près. La moyenne des 95 valeurs est de 1.48 LSB.

'''Bas, Droite:'''

On a tracé ici l'évolution des valeurs des différences entre paires en fonction de leur rang d'acquisition, pour la configuration 2. Ces différences devraient être identiques, au bruit près. La moyenne des 95 valeurs est de -1.38 LSB.

Conclusion 1: Les valeurs mesurées sont très proches en valeur absolue et bien de signe opposé. La gravité n'a donc pas d'influence majeure.

Conclusion 2: Les valeurs absolues trouvées sont très proches des prédictions de 1.54 LSB

Nota: Tous les traitements ont été réalisés avec EXCEL. Me laisser un commentaire auquel je répondrai si vous êtes intéressés par les détails.</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_Differences.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des mesures par modulation</translate>
|Step_Content=<translate>'''Haut , Gauche:'''

Enregistement sur 1000 secondes du signal Omega_z brut. On note des "spikes" de signal de plusieurs centaines de LSB. Ces spikes correspondent au couplage de Omega_z avec la rotation Omega_y qui permet de passer d'une position stable à une autre. On ne retient bien sûr que les valeurs Omega_z enregistrées sur les positions après stabilisation.

'''Haut, Droite:'''

Omega_z est enregistré et moyenné pendant 20 secondes sur chaque position stable, ce qui donne un échantillon de signal (E1, E2...) pour chacune des 10 positions stables pour chaque tour autour de Y (voir les principes à Étape 2).

'''Bas, Gauche:'''

On a tracé ici l'évolution des valeurs des échantillons en fonction des tours autour de l'axe Y. On devine une modulation de période 1 Tour noyée dans pas mal de bruit. On a ainsi enregistré au total 18 tours autour de Y, soit 18 * 20 * 10 = 3600 secondes de mesure effective.

'''Bas, Droite:'''

Le graphe donne le spectre de l'évolution précédente, obtenu par Transformée de Fourier. Ce spectre se réduit à un pic se détachant nettement sur un fond bruité. Ce pic correspond à notre signal rotation terrestre modulé à la fréquence de 1 période par Tour, soit à la fréquence de 1 Tour -1. La hauteur du pic représente la valeur de Oméga_terre. On trouve une valeur de presque 1.1 LSB, soit 0.0042 °/seconde pour une valeur recherchée de 0.00417 °/s. Mais il aura fallu 1H de mesure....

'''Sur la figure 2:'''

Une autre mesure est représentée où l'on peut voir des dérives lentes des échantillons, en plus du bruit habituel. Sur le spectre correspondant on voit apparaître ces perturbations à des fréquences inférieures à 0.5 Tour-1, ce qui ne perturbe pas la hauteur du pic utile à la fréquence de 1 Tour-1. C'est tout l'intérêt des méthodes de modulation et d'analyse spectrale pour séparer le signal utile de la majorité du bruit.

 Nota: Tous les traitements ont été réalisés avec EXCEL. Me laisser un commentaire auquel je répondrai si vous êtes intéressés par les détails.</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_FFT.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_FFT2.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion et prolongements</translate>
|Step_Content=<translate>Quand j’ai commencé à me frotter à ce défi, je doutais sérieusement d’arriver à mesurer la vitesse de rotation de la terre avec une précision aussi bonne, même après 1 heure de mesure. C’est du niveau de ce que l’on pouvait obtenir avec un bon pendule de Foucault dans les années 1850… mais infiniment plus encombrant que ce petit circuit de quelques millimètres …. C’est une bonne surprise ! Et surtout j’ai pris beaucoup de plaisir à le faire !

J’espère que cela donnera l’envie à des lycéens et étudiants en sciences de reproduire ces mesures mais aussi d’aller plus loin. Ça pourrait être un beau sujet de traitement de signal que l'on peut traiter avec toute la rigueur mathématique (https://www.dunod.com/sciences-techniques/methodes-et-techniques-traitement-du-signal). Personnellement j'ai surtout cherché à donner envie.... Place aux jeunes !

Pour la suite on pourrait par exemple se donner l’objectif de repérer la direction du Nord géographique ainsi que sa position en latitude, tout cela en moins d’une heure. C’est typiquement le genre d’instrument dont aurait rêvé le capitaine Nemo dans son Nautilus tapi au fond des océans….

Bien sûr actuellement on dispose de gyromètres laser qui permettent de le faire beaucoup plus rapidement, mais totalement hors de portée d’un bricoleur…et extrêmement chers…

Bon courage et réussite à ceux qui voudront se lancer !</translate>
}}
{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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{{PageLang
|Language=fr
|SourceLanguage=none
|IsTranslation=0
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{{Tuto Status
|Complete=Published
}}

Mesure de la vitesse de rotation de la terre avec un gyromètre BOSCH BNO055

2023-12-31T07:43:53Z

Occitan :

{{Tuto Details
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|Main_Picture_annotation={"version":"2.4.6","objects":[{"type":"image","version":"2.4.6","originX":"left","originY":"top","left":-13,"top":34,"width":2348,"height":1435,"fill":"rgb(0,0,0)","stroke":null,"strokeWidth":0,"strokeDashArray":null,"strokeLineCap":"butt","strokeDashOffset":0,"strokeLineJoin":"miter","strokeMiterLimit":4,"scaleX":0.26,"scaleY":0.26,"angle":0,"flipX":false,"flipY":false,"opacity":1,"shadow":null,"visible":true,"clipTo":null,"backgroundColor":"","fillRule":"nonzero","paintFirst":"fill","globalCompositeOperation":"source-over","transformMatrix":null,"skewX":0,"skewY":0,"crossOrigin":"","cropX":0,"cropY":0,"src":"https://wikifab.org/images/3/35/Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Banc_2_.jpg","filters":[]}],"height":450,"width":600}
|Description=<translate>Mesurer la vitesse de rotation de la terre sur elle-même avec un gyromètre, comme ceux qui se trouvent dans les manettes de jeux, est un vrai petit défi. Ces gyromètres en effet, sont faits pour mesurer des vitesses de rotation imprimées aux manettes de jeux par des joueurs très réactifs… vitesses qui sont bien supérieures à la vitesse de rotation de notre vieille terre de 360° en 24H, soit 0.00417 °/s !</translate>
|Area=Science and Biology
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{{Introduction
|Introduction=<translate>D’abord, rendons à Cesar ce qui est à Cesar ! L’idée de cette mesure vient d’un site internet qui publie des ressources pédagogiques dans le domaine de la science et de la technologie ([http://www.pabr.org www.pabr.org]). La description de l’expérience initiale vaut le détour ! Cette expérience en effet part d’une manette de jeux posée sur un plateau de tourne-disques … (http://www.pabr.org/copernitron/copernitron.fr.html).

De plus l’article rappelle les différentes tentatives de mesures qui se sont déroulées principalement au XIXème siècle et dont le point d’orgue a été la célèbre expérience de Foucault avec son célèbre pendule ( https://fr.wikipedia.org/wiki/Pendule_de_Foucault ). On en retient que mettre en évidence directement la rotation de la terre par une mesure inertielle, n'est pas chose facile.

À la suite de cette intéressante lecture j’ai eu envie d’expérimenter à mon tour en partant d’un circuit élémentaire de mesure inertielle BNO055 et d’un banc de test de ma fabrication, afin de pouvoir tester plusieurs principes de mesure.

'''Vidéo d'introduction:'''

On y voit fonctionner le matériel qui a servi à enregistrer le signal très faible produit par la rotation terrestre sur le circuit de mesure inertielle posé sur un plateau tournant.

Le signal utile est prélevé à chaque fois que la rotation s'arrête pendant quelques secondes: A ce moment, la seule rotation "vue" par le circuit est la rotation terrestre (environ 4 millièmes de degrés par seconde). Ce n'est qu'après l'enregistrement de milliers d'échantillons que le signal utile sortira du bruit...</translate>
}}
{{TutoVideo
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|mp4video=VideoBanc .mp4
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{{Materials
|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le défi</translate>
|Step_Content=<translate>La vitesse de rotation de la terre sur elle-même est de 360 / 24 / 3600 = 0.00417 °/s.

Pour faire cette mesure, on va utiliser le circuit intégré BNO055 de Bosch qui est un capteur inertiel réalisé en Technologie MEMS (Micro Electro-Mechanical System). Dans la partie gyromètre qui nous intéresse ici, une masse d’épreuve est mise en vibration et réagit aux rotations grâce à la force de Coriolis (https://www.youtube.com/watch?v=KiJ9xr8_GSI), comme le pendule de Foucault. En quelque sorte c’est un pendule de Foucault dans un circuit intégré…. Mais les dimensions ont été fantastiquement réduites, comme on peut le voir sur la figure 1....

Le défi réside dans l'utilisation de ce type de circuit à bas coût conçu pour les manettes de jeux. La plage de mesure la plus sensible est en effet de +/- 125 °/s, codée sur 16 bits (figure 2).

Dans ces conditions le pas de quantification est de 250 / 2^16 = 0.0038 °/s, très proche de la vitesse de rotation que l'on cherche à mesurer....

Heureusement il y a du bruit ! C'est ce qui va nous permettre de sortir du pas de quantification ...... sinon ce serait sans espoir de pouvoir faire une mesure de la rotation terrestre avec un minimum de précision !

La figure 3 montre un enregistrement du bruit qui oscille sur près de 70 pas de quantification (LSB) en crête à crête, soit plus de 60 fois la valeur de la rotation terrestre ! On sent bien que la stratégie va être de moyenner de nombreuses mesures.... tout en évitant les dérives long terme et les biais...

 </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_PenduleDeFoucault.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Gyrometre.jpg
|Step_Picture_02=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_Bruit.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principes des mesures de rotation de la terre</translate>
|Step_Content=<translate>'''Le BNO055 en Occitanie....'''

Les 4 premières figures indiquent l'orientation du circuit lorsque l'expérience se déroule dans un coin d'Occitanie où la latitude est très proche de 45° Nord.

'''Mesures par différence entre deux positions'''

On ne peut pas mesurer directement des valeurs de la projection de Omega _terre car la réponse du capteur comporte toujours un offset inconnu. Par contre en faisant la différence entre deux mesures à deux positions différentes, on s'affranchit de cet offset. Par exemple la différence entre la position Z // Omega et Z antiparallèle à Omega nous donne deux fois la vitesse de rotation de la terre tout en annulant l'offset. De même la différence entre deux positions perpendiculaires à l'axe de rotation terre doit être égale à zéro.

'''Mesures par modulation sinusoïdale et analyse spectrale'''

Si maintenant au lieu de se contenter de deux positions, on prélève une dizaine d'échantillons par tour, on va réaliser une modulation sinusoïdale de la valeur à mesurer. On obtiendra typiquement la sinusoïde de la figure 5.

Cette modulation ne sera pas visible car elle sera largement noyée dans le bruit. Heureusement la technique d'analyse spectrale par transformée de Fourier permettra de retrouver son amplitude (valeur de omega_terre) et même sa phase (position en latitude), comme nous le verrons plus bas.

'''Simulation des séquences d'acquisition'''

La dernière animation illustre la séquence de mesures par différence et par modulation sinusoïdale. Noter que chaque fois le changement entre deux positions stables se fait rapidement afin de ne pas perdre de temps.

'''Toutes les mesures se font en statique'''

En effet toutes les acquisitions utiles se font uniquement sur les positions stables. La rotation du BNO055 autour de son axe Y avec une vitesse angulaire bien plus importante que celle de la terre "polluerait" notre mesure de façon importante à cause de couplages entre les axes. Par exemple celui généré par le non parallélisme entre l'axe Y et l'axe de rotation. En prenant les mesures pendant les périodes stables élimine totalement ce problème. La seule rotation qui existe alors est celle de la terre.

 </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_horizontal.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_45.jpg
|Step_Picture_02=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_135.jpg
|Step_Picture_03=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_225.jpg
|Step_Picture_04=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_modulation.jpg
|Step_Picture_05=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Sequence_acquisition.mp4
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le banc de mesure</translate>
|Step_Content=<translate>'''Constitution'''

Le banc de mesures est constitué par une planchette support qui tourne autour d’un axe horizontal, mu par un moteur pas à pas. Sur la planchette support se trouve une carte Arduino UNO avec un shield carte SD pour stocker les mesures de vitesse de rotation. A côté on a fixé le petit circuit supportant le gyromètre BNO055. Une pile pour l’alimentation et un interrupteur complètent le montage. Le moteur pas à pas est contrôlé par une autre carte Arduino UNO et un shield moteurs.

On peut trouver facilement tous ces composants, par exemple ici :

Shield SD : https://www.gotronic.fr/art-shield-carte-sd-v4-103030005-21518.htm

Moteur pas à pas : https://www.gotronic.fr/art-moteur-14hm11-0404s-23048.htm

Shield moteurs : https://www.gotronic.fr/art-commande-i2c-de-2-moteurs-cc-grove-108020103-29016.htm

Module Boussole BNO055 : https://www.gotronic.fr/art-module-boussole-bno055-27795.htm

'''Utilisation'''

Avec ce banc il est très facile de reproduire les séquences de mesure décrites au paragraphe précédent. Comme les rotations en effet se font autour de l'axe Y du BNO055, il suffit d'orienter le plan de rotation des vecteurs Z et X dans la direction Nord-Sud. Cette orientation étant faite, on déclenche l'enregistrement continu sur la carte des vitesses de rotation sur les 3 axes. Enfin on lance le programme de commande du moteur pas à pas pour balayer soit deux positions (mesure par différence de deux positions), soit pour échantillonner un certain nombre de positions par tour pendant plusieurs tours (analyse spectrale).</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_banc_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Configuration et acquisition des mesures avec le BNO055</translate>
|Step_Content=<translate>Tout d'abord le circuit BNO055 peut être exploité avec une interface I2C, après avoir fermé le pontet de sélection LK1 (http://www.robot-electronics.co.uk/files/BNO055-schematic.pdf).

De façon pratique, pour configurer et acquérir les mesures à partir d'une carte Arduino UNO, on a besoin d'un exemple type et de la notice du BNO055.

Cette notice peut être téléchargée ici:

https://www.bosch-sensortec.com/media/boschsensortec/downloads/datasheets/bst-bno055-ds000.pdf

D'autre part, le vendeur du circuit m'a fourni un exemple de programme pour acquérir les angles d'Euler, sans bibliothèque particulière, juste en s'aidant de la notice:

https://wikifab.org/images/7/76/Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_BNO055.ino

A l'aide de la notice Bosch et d'un minimum de concentration on peut configurer le circuit pour acquérir les vitesses de rotation autour des 3 axes, sur la plage de mesure la plus sensible +/- 125 °/s et avec la bande passante la plus réduite de 12 Hz:

https://wikifab.org/images/0/09/Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Enregistrement_Gyro.ino

Ce dernier fichier INO est documenté et renvoie aux pages utiles de la notice BOSCH pour les explications. Noter que ce programme permet d'enregistrer soit les angles d'Euler (clé = 0), soit les vitesses angulaires (clé = 1).

Je ne détaille pas plus mais je peux fournir des explications si besoin. </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_GardeBNO.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mise au point des conditions de mesure (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Choix de la sensibilité, de la bande passante''' '''et de la fréquence d'échantillonnage'''

Évidemment le choix du maximum de sensibilité s'impose afin de ne pas noyer le signal utile trop à l'intérieur du pas de quantification. Pour le gyromètre on choisira donc la plage +/- 125 °/s

Pour la bande passante, on choisit la plus basse, soit 12 Hz. En effet le signal de rotation terrestre ne varie pas très rapidement....

Ces deux paramètres sont décrits dans le tableau 3-9 de la notice (Gyroscope configurations).

La période d'échantillonnage est fixée à 0.1 seconde, de l'ordre de grandeur de la constante de temps du filtre (BP = 12 Hz). Une période plus petite ne permettrait pas de recueillir des échantillons indépendants car ils seraient corrélés avec ceux qui sont à l'intérieur d'une constante de temps du filtre. Une période d'échantillonnage plus grande ferait perdre des échantillons utiles pour le calcul de valeur moyenne de la mesure. En effet le rapport signal / bruit de la mesure s'améliore comme la racine carrée du nombre d'échantillons indépendants.

'''Choix de l'axe'''

D'après le principe de mesure, sur les 3 axes, seuls X et Z sont utilisables, Y étant réservé à la rotation. Pour faire ce choix, il y a plusieurs critères:

- le niveau de bruit: Pas très différent entre X et Z...(figure 1)

- la sensibilité au champ magnétique: Suite à un test avec un aimant, l'axe Z est le moins sensible. L'aimant utilisé produisant un champ magnétique beaucoup plus intense que le champ magnétique terrestre

- la sensibilité à la gravité: Ce point sera testé en utilisant deux configurations de mesure et sera discuté plus bas.

'''Mesure statique requise !'''

La figure 2 montre un enregistrement de vitesse de rotation sur les 3 axes, lorsque Y seul tourne, dans un sens puis dans l'autre. On y voit clairement que les mesures sur X et Z sont influencées par la rotation sur Y. Cette perturbation disparaît totalement lorsque la rotation autour de Y est arrêtée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_enreg_bruit.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_couplage_axes.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mise au point des conditions de mesure (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Optimisation de la durée d'intégration par échantillon'''

On va considérer une durée totale de mesure de 1Heure (figure 1).

Pendant cette heure on alterne entre deux positions stables (position 1 et position 2). A chaque position, on acquiert un certain nombre d’échantillons à la fréquence de 10 échantillons par seconde pendant un temps d’intégration Ti. Ces échantillons seront moyennés et constitueront un ensemble de mesures sur les positions stables.

La soustraction deux à deux de ces mesures (figure 1) donnera un ensemble de N valeurs de Omega_terre. En final, on fera la moyenne de ces N valeurs, sachant que l’écart type sur cette moyenne devrait s’améliorer comme la racine carrée de N. Ce sera notre valeur finale de Omega_terre pour 1H d’observation.

Cependant l’amélioration globale du signal à bruit en racine de N dépend de la caractéristique du bruit. Si le bruit comporte des variations lentes importantes plutôt que des variations plus rapides, le choix du temps d’intégration par échantillon Ti sera important. On imagine en effet que si Ti est important, la différence entre les deux positions sera largement influencée par ces dérives lentes.

Aussi on a réalisé un enregistrement de 1 Heure de bruit, en l’absence de tout mouvement, et on a fait un découpage en temps Ti de valeurs différentes avant d’appliquer le traitement prévu pour les vrais échantillons.

Le résultat est donné sur le graphe de la figure 2, pour deux axes X et Z. Pour les deux axes, on constate que lorsque Ti dépasse 60 secondes on commence à voir une augmentation du bruit de mesure, ce qui traduit l’influence de dérives lentes. Ces dérives sont d’ailleurs plus importantes sur l’axe X que sur l’axe Z.

En résumé, pour nos mesures, on adoptera une Temps par position inférieur à 60 secondes. </translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_optim_bruit.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_Ti.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des mesures par différences entre deux positions (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>Comme expliqué plus haut, vu le niveau très faible du signal recherché (environ 1 LSB) il se pourrait que certains biais soient bien plus importants que le signal recherché, en particulier l’effet de la gravité qui n’a pu être vérifié (voir Etape 5, Choix de l’axe).

Entre la position 1 et la position 2, la gravité n’agit pas de la même façon sur le BNO055.

Afin d’estimer si la gravité a un effet sur la mesure de rotation de la terre, la procédure d’acquisition est la suivante (voir figure 1):

- Mesure entre deux positions, configuration 1

- Mesure entre les mêmes positions, configuration 2

Du point de vue de la gravité, les configurations 1 et 2 sont identiques. Du point de vue du signal à mesurer entre les deux positions, on doit avoir deux signaux de même valeur mais de signe opposé. On peut donc écrire:

[Pos 2 – Pos 1]Conf1 = G + 2 * Omega_terre * Cos(45°) (G = contribution gravité)

[Pos 2 – Pos 1]Conf2 = G - 2 * Omega_terre * Cos(45°) (G = contribution gravité)

Si la gravité n’a aucun effet, entre Conf 1 et Conf 2, on doit obtenir deux mesures de même amplitude mais de signe opposé.</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_mesure_2Pos.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des mesures par différences entre deux positions (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Haut , Gauche:'''

Enregistement sur 1000 secondes du signal Omega_z brut. On note des "spikes" de signal de plusieurs centaines de LSB. Ces spikes correspondent au couplage de Omega_z avec la rotation Omega_y qui permet de faire la navette entre une position stable et une autre. On ne retient bien sûr que les valeurs Omega_z enregistrées sur les positions après stabilisation.

'''Haut, Droite:'''

Omega_z est enregistré et moyenné pendant 30 secondes sur chacune des deux positions, ce qui donne des paires (Pos1, Pos2, Pos1, Pos2....).

'''Bas, Gauche:'''

On a tracé ici l'évolution des valeurs des différences entre paires en fonction de leur rang d'acquisition, pour la configuration 1. Ces différences devraient être identiques, au bruit près. La moyenne des 95 valeurs est de 1.48 LSB.

'''Bas, Droite:'''

On a tracé ici l'évolution des valeurs des différences entre paires en fonction de leur rang d'acquisition, pour la configuration 2. Ces différences devraient être identiques, au bruit près. La moyenne des 95 valeurs est de -1.38 LSB.

Conclusion 1: Les valeurs mesurées sont très proches en valeur absolue et bien de signe opposé. La gravité n'a donc pas d'influence majeure.

Conclusion 2: Les valeurs absolues trouvées sont très proches des prédictions de 1.54 LSB

Nota: Tous les traitements ont été réalisés avec EXCEL. Me laisser un commentaire auquel je répondrai si vous êtes intéressés par les détails.</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_Differences.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Résultats des mesures par modulation</translate>
|Step_Content=<translate>'''Haut , Gauche:'''

Enregistement sur 1000 secondes du signal Omega_z brut. On note des "spikes" de signal de plusieurs centaines de LSB. Ces spikes correspondent au couplage de Omega_z avec la rotation Omega_y qui permet de passer d'une position stable à une autre. On ne retient bien sûr que les valeurs Omega_z enregistrées sur les positions après stabilisation.

'''Haut, Droite:'''

Omega_z est enregistré et moyenné pendant 20 secondes sur chaque position stable, ce qui donne un échantillon de signal (E1, E2...) pour chacune des 10 positions stables pour chaque tour autour de Y (voir les principes à Étape 2).

'''Bas, Gauche:'''

On a tracé ici l'évolution des valeurs des échantillons en fonction des tours autour de l'axe Y. On devine une modulation de période 1 Tour noyée dans pas mal de bruit. On a ainsi enregistré au total 18 tours autour de Y, soit 18 * 20 * 10 = 3600 secondes de mesure effective.

'''Bas, Droite:'''

Le graphe donne le spectre de l'évolution précédente, obtenu par Transformée de Fourier. Ce spectre se réduit à un pic se détachant nettement sur un fond bruité. Ce pic correspond à notre signal rotation terrestre modulé à la fréquence de 1 période par Tour, soit à la fréquence de 1 Tour -1. La hauteur du pic représente la valeur de Oméga_terre. On trouve une valeur de presque 1.1 LSB, soit 0.0042 °/seconde pour une valeur recherchée de 0.00417 °/s. Mais il aura fallu 1H de mesure....

'''Sur la figure 2:'''

Une autre mesure est représentée où l'on peut voir des dérives lentes des échantillons, en plus du bruit habituel. Sur le spectre correspondant on voit apparaître ces perturbations à des fréquences inférieures à 0.5 Tour-1, ce qui ne perturbe pas la hauteur du pic utile à la fréquence de 1 Tour-1. C'est tout l'intérêt des méthodes de modulation et d'analyse spectrale pour séparer le signal utile de la majorité du bruit.

 Nota: Tous les traitements ont été réalisés avec EXCEL. Me laisser un commentaire auquel je répondrai si vous êtes intéressés par les détails.</translate>
|Step_Picture_00=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_FFT.jpg
|Step_Picture_01=Mesure_de_la_vitesse_de_rotation_de_la_terre_avec_un_gyrom_tre_BOSCH_BNO055_Dessins_EarthRotation_FFT2.jpg
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Conclusion et prolongements</translate>
|Step_Content=<translate>Quand j’ai commencé à me frotter à ce défi, je doutais sérieusement d’arriver à mesurer la vitesse de rotation de la terre avec une précision aussi bonne, même après 1 heure de mesure. C’est du niveau de ce que l’on pouvait obtenir avec un bon pendule de Foucault dans les années 1850… mais infiniment plus encombrant que ce petit circuit de quelques millimètres …. C’est une bonne surprise ! Et surtout j’ai pris beaucoup de plaisir à le faire !

J’espère que cela donnera l’envie à des lycéens et étudiants en sciences de reproduire ces mesures mais aussi d’aller plus loin. Ça pourrait être un beau sujet de traitement de signal que l'on peut traiter avec toute la rigueur mathématique (https://www.dunod.com/sciences-techniques/methodes-et-techniques-traitement-du-signal). Personnellement j'ai surtout cherché à donner envie.... Place aux jeunes !

Pour la suite on pourrait par exemple se donner l’objectif de repérer la direction du Nord géographique ainsi que sa position en latitude, tout cela en moins d’une heure. C’est typiquement le genre d’instrument dont aurait rêvé le capitaine Nemo dans son Nautilus tapi au fond des océans….

Bien sûr actuellement on dispose de gyromètres laser qui permettent de le faire beaucoup plus rapidement, mais totalement hors de portée d’un bricoleur…et extrêmement chers…

Bon courage et réussite à ceux qui voudront se lancer !</translate>
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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{{Tuto Status
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CommentStreams:Bff9541010c96b751c72efbc72b0939c

2023-10-15T07:12:18Z

Occitan :

To be suppressed !

Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK IntroKp.jpg

2023-09-18T07:31:29Z

Occitan : Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IntroKp

Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IntroKp

Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK PosErr dans le programme .jpg

2023-09-14T06:17:03Z

Occitan : Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PosErr_dans_le_programme_

Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PosErr_dans_le_programme_

Faucheuse guidée par GPS RTK

2023-09-10T07:52:01Z

Occitan :

Faucheuse guidée par GPS RTK

2023-09-10T07:45:15Z

Occitan :

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|Description=<translate>Cette faucheuse robot est capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres.</translate>
|Area=Electronics, Machines and Tools, Robotics
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|Currency=EUR (€)
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{{Introduction
|Introduction=<translate>On va décrire ici une faucheuse robot capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres (mon expérience) . Le pilotage est basé sur une carte Aduino Mega, complétée par quelques shields de commande moteurs, d'accéléromètres et boussole ainsi que d'une carte mémoire.

C'est une réalisation non professionnelle, mais qui m'a permis de me rendre compte des problèmes rencontrés en robotique agricole. Cette toute jeune discipline est en train de se développer rapidement, aiguillonnée par les nouvelles lois sur la réduction des désherbants et pesticides. Voici par exemple un lien vers le dernier salon de robotique agricole de Toulouse (https://www.fira-agtech.com/). Certaines entreprises comme Naio technologies fabriquent déjà des robots opérationnels (https://www.naio-technologies.com/).

En comparaison, ma réalisation est bien modeste mais elle permet tout de même de comprendre l'intérêt et les défis de façon ludique.

....Et puis elle fonctionne vraiment ! ...... et peut donc être utilisée pour couper l'herbe autour de sa maison, tout en préservant son temps libre...

Même si je ne décris pas la réalisation jusque dans les derniers détails, les indications que je donne sont précieuses pour celui qui voudrait se lancer. N'hésitez pas à poser des questions ou à faire des suggestions, ce qui me permettra de compléter ma présentation au bénéfice de tous.

Je serais vraiment ravi que ce type de projet puisse donner le goût de l'ingénierie à des bien plus jeunes que moi.... afin d'être prêts pour la grande robolution qui nous attend....

D'ailleurs ce type de projet conviendrait parfaitement à un groupe de jeunes motivés dans un club ou un fablab, pour s'exercer à travailler en groupe projet, avec architectes mécanique, électrique, software chapeautés par un ingénieur système, comme dans l'industrie.

'''La video d'introduction:'''

Dans la première partie, on voit la machine se déplacer en ligne droite entre deux points du fichier de fauchage. Les inégalités de terrain obligent à de petites corrections de trajectoire. Au bout de la ligne droite, deux types de virages sont possibles: autour du centre de rotation situé au milieu des deux roues arrière ou bien autour d'une roue de façon à réaliser des bandes de fauchage contiguës. Bien que tournant à 1200 tr/min, les 3 lames de cutter des disques de coupe sont bien visibles grâce à l'effet stroboscopique.

Ce qui frappe également, ce sont les grandes roues et la lenteur de déplacement. Les grandes roues sont nécessaires pour se déplacer sur des terrains comportant des irrégularités importantes (les 3 roues sont motorisées). La lenteur de déplacement est liée au besoin de couple important nécessaire pour se déplacer sur des prés pentus.</translate>
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{{TutoVideo
|VideoType=Mp4
|mp4video=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VideoMachine.mp4
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{{Materials
|Tuto_Attachments={{Tuto Attachments
|Attachment=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf
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|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les objectifs</translate>
|Step_Content=<translate>Le but est de fabriquer un prototype opérationnel de faucheuse capable de faucher l'herbe de manière autonome sur des terrains pouvant comporter des irrégularités importantes (prés plutôt que pelouses).

Le confinement dans le champ ne peut pas être basé sur une limitation par barrière physique ou par fil guide enterré comme pour les robots de tonte pour les pelouses. Les champs à faucher sont en effet variables et de surface importante.

Pour la barre de coupe, l'objectif est de maintenir la pousse de l'herbe à une certaine hauteur après une première tonte ou débroussaillage obtenus par un autre moyen.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Présentation générale</translate>
|Step_Content=<translate>Le système se compose d'un robot mobile et d'une base fixe.

'''Sur le robot mobile''' on trouve:

- Le tableau de bord

- Le boîtier de commande général incluant une carte mémoire.

- la manette de commande manuelle

- Le GPS configuré en "rover" ainsi que le récepteur de corrections RTK

- 3 roues motorisées

- Les moteurs à galets des roues

- la barre de coupe constituée de 4 disques tournants portant chacun 3 lames de cutter en périphérie (largeur de coupe de 1 mètre)

- le boîtier de gestion de la barre de coupe

- les batteries

'''Dans la base fixe''' on trouve le GPS configuré en "base" ainsi que l'émetteur des corrections RTK. On note que l'antenne est placée en hauteur de façon à rayonner sur quelques centaines de mètres autour de la maison. De plus, l'antenne GPS est en vue de tout le ciel sans aucune occultation par des bâtiments ou par de la végétation.

Les modes Rover et base des GPS seront décrits et expliqués dans la partei GPS.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_1.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_3.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Base.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 1/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>Je propose de prendre connaissance du robot à travers son mode d'emploi qui fait bien apparaître toutes ses fonctionnalités.

'''Description du tableau de bord:'''

- Un interrupteur général

- un premier sélecteur à 3 positions permet de sélectionner les modes de fonctionnement: mode déplacement manuel, mode enregistrement de parcours, mode fauchage

- Un bouton poussoir sert de marqueur. On verra ses utilisations.

- Deux autres sélecteurs à 3 positions servent à sélectionner un numéro de fichier parmi 9. On dispose donc de 9 fichiers de fauchage ou d'enregistrements de parcours pour 9 champs différents.

- Un sélecteur à 3 positions est dédié à la commande de la barre de coupe. Une position OFF, une position ON, une position commande programmée.

- Afficheur deux lignes

- un sélecteur 3 positions pour définir 3 affichages différents

- une LED qui indique l'état du GPS. LED éteinte, pas de GPS. LED clignotante lentement, GPS sans corrections RTK. LED clignotante rapide, corrections RTK reçues. LED allumée, verrouillage GPS sur la plus grande précision.

 Enfin, '''la manette de commande''' manuelle est munie de deux sélecteurs à 3 positions. Celui de gauche commande la roue gauche, celui de droite commande la roue droite.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_TableauDeBord.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_manette_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 2 /4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode pilotage manuel (GPS non nécessaire)'''

Après mise ON et sélection de ce mode avec le sélecteur de mode, le pilotage de la machine se fait avec la manette de commande.

Les deux sélecteurs à 3 positions ont un ressort de rappel qui les ramène toujours en position milieu, correspondant à l'arrêt des roues.

Quand on pousse les leviers de gauche et de droite vers l'avant les deux roues arrière tournent et la machine va tout droit.

Quand on tire les deux leviers en arrière, la machine recule tout droit.

Quand on pousse un levier vers l'avant, la machine tourne autour de la roue arrêtée.

Quand on pousse un levier vers l'avant et l'autre vers l'arrière, la machine tourne autour d'elle-même, en un point situé au milieu de l'axe joignant les roues arrière.

La motorisation de la roue avant s'ajuste automatiquement en fonction des deux commandes passées sur les deux roues arrière.

Enfin, dans le mode manuel on peut également faucher de l'herbe. Pour cela, après avoir vérifié que personne ne se trouve à proximité des disques de coupe, on met ON le boîtier de gestion de la barre de coupe (interrupteur "hard" pour la sécurité). On place ensuite le sélecteur de coupe du tableau de bord sur ON. A cet instant les 4 disques de la barre de coupe se mettent en rotation.</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 3/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode enregistrement de parcours (GPS nécessaire)'''

- Avant de commencer à enregistrer un parcours, on définit arbitrairement un point de référence pour le champ et on le marque par un petit piquet. Ce point sera l'origine des coordonnées dans le repère géographique (photo)

- On sélectionne ensuite le numéro de fichier dans lequel le parcours va être enregistré, grâce aux deux sélecteurs du tableau de bord.

- On met la base ON

- On vérifie alors que la LED d'état GPS se met à clignoter rapidement.

- On quitte le mode manuel en plaçant le sélecteur de mode du tableau de bord sur la position enregistrement.

- On amène alors la machine manuellement à la position du point de référence. Précisément c'est l'antenne GPS qui doit se trouver au dessus de ce repère. Cette antenne GPS est située au dessus du point centré entre les deux roues arrière et qui est le point de rotation de la machine sur elle-même.

- On attend que la LED donnant le statut du GPS soit maintenant allumée sans clignotement. Cela indique que le GPS est à sa précision maximum ("Fix" GPS).

- On marque la position origine 0,0 en appuyant sur le BP marqueur du tableau de bord.

- On se dirige alors vers le point suivant que l'on veut cartographier. Dès qu'il est atteint, on le signale à l'aide du marqueur.

- Pour mettre fin à l'enregistrement on repasse en mode manuel.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_enregistrement.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 4/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode fauchage (GPS nécessaire)'''

Il faut d'abord préparer le fichier de points que la machine doit parcourir pour faucher tout le champ sans laisser de surface non coupée. Pour cela on récupère le fichier enregistré dans la carte mémoire et à partir de ces coordonnées, à l'aide par exemple d'Excel, on génère une liste de points comme sur la photo. Pour chacun des points à atteindre on indique si la barre de coupe est ON ou OFF. Comme c'est la barre de coupe qui consomme le plus de puissance (de 50 à 100 Watts suivant l'herbe), il faut veiller à couper la barre de coupe lors de la traversée d'un champ déjà fauché par exemple.

La carte de fauchage étant générée, on remet la carte mémoire sur son shield dans le tiroir de commande.

Il ne reste plus alors que mettre ON la base et se rendre sur le champ à faucher, juste au dessus du repère de référence. On met ensuite le sélecteur de mode sur "Fauchage".

A ce moment la machine attendra toute seule le verrouillage GPS RTK en "Fix" pour faire une mise à zéro des coordonnées et commencer à faucher.

Lorsque le fauchage sera terminé, elle reviendra seule au point de départ, avec une précision d'une dizaine de centimètres.

Pendant le fauchage, la machine se déplace en ligne droite entre deux points consécutifs du fichier de points. La largeur de coupe est de 1,1 mètre. Comme la machine a une largeur entre roues de 1 mètre et peut tourner autour d'une roue (voir video), il est possible de faire des bandes de fauchage contiguës. C'est d'une grande efficacité !

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_fauchage.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie mécanique</translate>
|Step_Content=<translate>'''La structure du robot'''

Le robot est construit autour d'une structure en treillis de tubes d'aluminium, ce qui lui confère une bonne rigidité. Ses dimensions sont environ de 1.20 mètre de long, 1 mètre de large et 80 cm de haut.

'''Les roues'''

Elle peut se déplacer grâce à 3 roues de vélo enfant de diamètre 20 pouces: Deux roues arrière et une roue avant semblable à la roulette des chariots de supermarché (photos 1 et 2). C'est le mouvement relatif des deux roues arrière qui assure son orientation.

'''Les moteurs à galet'''

A cause des irrégularités de terrain, il est nécessaire de disposer de couples importants et donc d'un grand rapport de réduction. Dans ce but j'ai utilisé le principe de galet appuyant sur la roue, comme sur un solex (photos 3 et 4). La réduction importante permet de garder la machine stable dans une pente, même lorsque l'on coupe l'alimentation des moteurs. En contrepartie, la machine avance lentement (3 mètres / minute)...mais l'herbe pousse lentement....

On peut noter que les 3 roues sont motorisées avec des moteurs à galet. La motorisation de la roue avant permet d'éviter le blocage de cette roue directrice lorsqu'elle tombe dans un creux important.

Pour la conception mécanique j'ai utilisé le logiciel de dessin OpenScad (logiciel à scripts très efficace). En parallèle pour les plans de détail j'ai utilisé Drawing de OpenOffice. 

Enfin voici la liste de sites où les différents éléments mécaniques ont été achetés:

[https://wikifab.org/images/e/e4/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf]</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_illustration.png
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RoueAvant.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet_.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>'''GPS simple'''

Le GPS simple (photo 1), celui qui est dans notre voiture n'a une précision que de quelques mètres. Si on enregistre la position indiquée par un tel GPS maintenu fixe pendant une heure par exemple, on va observer des fluctuations de plusieurs mètres. Ces fluctuations sont dues à des perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère, mais aussi à des erreurs d'horloge des satellites et des erreurs de meure du GPS lui-même. Il ne convient donc pas pour notre application.

'''GPS RTK'''

Afin d'améliorer cette précision, on utilise deux GPS situés à une distance inférieure à 10 Km (photo 2). Dans ces conditions, on peut considérer que les perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère sont identiques sur chaque GPS. Ainsi la différence de position entre les deux GPS n'est plus perturbée (différentiel). Si maintenant on fixe un des GPS (la base) et si on place l'autre sur un véhicule (le rover), on obtiendra précisément le déplacement du véhicule par rapport à la base sans perturbations. De plus ces GPS effectuent une mesure de temps de vol beaucoup plus présise que les GPS simples (mesures de phase sur la porteuse).

Grâce à ces améliorations, on obtiendra une précision de mesure centimétrique pour le déplacement du rover par rapport à la base.

C'est ce système RTK (Real Time Kinematic) que nous avons choisi d'utiliser.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage9.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>J'ai acheté 2 circuits GPS RTK (photo 1) à la société Navspark.

Ces circuits sont montés sur un petit circuit imprimé équipé de broches au pas de 2.54 mm qui se monte donc directement sur les plaques d'essai.

Comme le projet est localisé dans le sud-ouest de la France, j'ai choisi des circuits travaillant avec les constellations de satellites américains GPS ainsi que la constellation russe Glonass.

Il est important d'avoir le maximum de satellites afin de bénéficier de la meilleure précision. Dans mon cas, j'ai couramment entre 10 et 16 satellites.

On doit également acheter

- 2 adaptateurs USB, nécessaire pour relier le circuit GPS à un PC (tests et configuration)

- 2 antennes GPS + 2 câbles adaptateurs

- une paire d'emetteurs-récepteurs 3DR afin que la base puisse émettre ses corrections vers le rover et le rover les recevoir.

Ci-joint la liste des achats avec des liens internet vers les revendeurs:

[https://wikifab.org/images/a/ad/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf]

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_RTK.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>La notice du GPS que l'on trouve sur le site de Navspark permet de mettre en œuvre progressivement les circuits.

http://navspark.mybigcommerce.com/content/NS-HP-GL-User-Guide.pdf

Sur le site de Navspark on trouvera également

- le logiciel à installer sur son PC Windows pour visualiser les sorties des GPS et programmer les circuits en base et en rover.

- Une description du format des données GPS (phrases NMEA)

Tous ces documents sont en anglais mais ils sont relativement faciles à comprendre. Dans un premier temps, la mise en œuvre se fait sans le moindre circuit électronique grâce aux adaptateurs USB qui fournissent également toutes les alimentations électriques.

La progression est la suivante:

- Test des circuits individuellement qui fonctionnent comme des GPS simples. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité de quelques mètres.

- Programmation d'un circuit en ROVER et l'autre en BASE

- Constitution d'un système RTK en reliant les deux modules par un simple fil. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité relative ROVER/BASE de quelques centimètres !

- Remplacement du fil liant BASE et ROVER par les émetteurs-récepteurs 3DR. Là encore le fonctionnement en RTK permet une stabilité de quelques centimètres. Mais cette fois BASE et ROVER ne sont plus reliés par un lien physique.....

- Remplacement de la visualisation PC par une carte Arduino programmée pour recevoir les données GPS sur une entrée série... (voir plus bas)

Nota: Sur les photos fournies à l'étape 2 on voit que le GPS du rover se trouve au sommet d'un mât. C'est une précaution que j'avais prise pour éviter les effets d'écran de mon corps près de la machine lors de la mise au point. En fait, cette précaution n'est plus utile lorsque la mise au point est terminée et que le rover évolue seul sans présence humaine autour.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Un GPS ne donne que sa propre position dans le repère géographique sans aucune indication de direction. Cela ne suffit pas pour se diriger efficacement vers un autre point à atteindre, comme le suggère la figure 1.

L'idée qui vient naturellement est d'adjoindre une boussole à ce GPS. Dans ce cas il sera nécessaire de caler l'indication de la boussole avec le repère géographique.

Comme le montre également la figure 1, on peut aussi remplacer la boussole par un GPS additionnel. Dans ce cas la différence de position entre les deux GPS permet de calculer directement l'orientation par rapport au repère géographique, sans soucis de recalage de repères. Je n'ai pas choisi cette solution par souci d'économie.

La boussole que j’ai utilisée est la CMPS11. Actuellement ce modèle est remplacé par la CMPS12, basée sur un circuit BNO055, qui est très proche. [http://www.robot-electronics.co.uk/files/cmps12.pdf cmps12.pdf (robot-electronics.co.uk)]

J’ai monté cette boussole sur ma machine en orientant vers l’avant la direction « HEADING » fournie par la documentation. La figure 2 montre alors comment est la lecture de la boussole en fonction de l’orientation de la machine. Le Nord est le nord magnétique, celui indiqué par une boussole à aiguille magnétique.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationBesoinBoussole.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoussoleOrientation.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Pourquoi "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

Le repère dans lequel le GPS donne les positions est le repère géographique basé sur l'axe de rotation de la terre. Dans ce repère, la direction +Y (figure 1) correspond au Nord géographique. Un déplacement le long de cet axe vers +Y correspond à une augmentation pure de la latitude. De même un déplacement vers +X correspond à une augmentation pure de la longitude Est.

En comparaison, la boussole indique le Nord magnétique qui est en général décalé d'une valeur variable dans le temps, la déclinaison magnétique ([https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9clinaison_magn%C3%A9tique_terrestre Déclinaison magnétique terrestre — Wikipédia (wikipedia.org)]). Actuellement cette différence entre Nord géographique et Nord magnétique est de l'ordre du degré.

Actuellement, la boussole étant montée avec HEADING vers l’avant, lorsque la machine se déplace vers le Nord géographique (+Y) on peut s’attendre à une indication de la boussole proche de 0 – 255.

En réalité il n’en est pas tout à fait ainsi pour plusieurs raisons :

- Des offsets dus à la déclinaison magnétique et à l’erreur de calage en rotation de la boussole sur la machine.

- des variations plus ou moins cycliques sans doutes dues aux perturbations magnétiques des différents moteurs. (voir la suite).

C'est donc la raison pour laquelle il faut établir expérimentalement une relation entre les indications de la boussole et les directions dans le repère du GPS.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBousssole_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Comment "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

On utilise pour cela le mode enregistrement de parcours (voir étape 5), en faisant se déplacer la machine selon un certain nombre de rayons couvrant la totalité de l’azimut de 360°. Des repères au sol permettent de se guider afin d’assurer un pilotage manuel en ligne droite.

La figure 1 montre par exemple ce que j’ai fait obtenu avec ma machine après fixation de la boussole dans sa position définitive. Toutes les 3 seconde, sont enregistrées une valeur position GPS et une valeur boussole.

On peut alors simplement représenter ces positions GPS traduites en mètres dans le repère XY géographique et en même temps porter la valeur moyenne des valeurs boussole obtenues lors du parcours de chaque rayon.

Toutes ces valeurs peuvent être écrites selon deux colonnes:

- celle des angles calculés dans le repère XY pour atteindre un point choisi (par exemple 110.6)

- celle des indications boussole que l'on aura si la machine se dirige vers ce point (par exemple 230)

Il ne reste plus qu' à trouver la fonction qui va nous faire passer des angles dans le repère géographique GPS aux indications de la boussole. C'est ce que réalise la fonction '''boussole (angle)''' dont le programme est donné sur la figure 2. Dans l'exemple donné, on peut vérifier que l'on retrouve bien les indications boussole à mieux que 2 LSB

La valeur '''but =''' '''boussole (angle)''' est ensuite utilisée par les fonctions de rotation de la machine (figure 3).</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBoussole_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionBoussole.bmp
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionRotationRoue.bmp
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe de navigation avec GPS et boussole</translate>
|Step_Content=<translate>Le déplacement de la machine se fait de WP en WP selon des lignes droites.

Au départ d'un WP, la boussole indique la direction du prochain WP à atteindre. Cependant, afin d'éviter

- les erreurs de direction qui croissent avec la distance parcourue

- les dérives latérales par glissement (en situation de dévers)

des points intermédiaires situés sur la droite joignant les deux WP sont calculés. Ces points intermédiaires sont situés à environ deux mètres à l'avant de la machine, comme montré sur la figure 1.

Ensuite, à chaque position courante de la machine P(x,y) on calcule l''''angle''' (par rapport à Xgéo) nécessaire pour atteindre ce point intermédiaire. On calcule également l'indication de la boussole correspondant à cet angle, '''but_boussole'''. C'est à ce moment que sert la boussole "calibrée" par rapport au repère géographique. La machine tourne jusqu'à ce que l'indication de la boussole soit égale à '''but_boussole.''' Ainsi la machine pointera vers le point intermédiare, quelle que soit l'orientation de départ de la machine.

Les calculs de ces points intermédiaires et de l'angle de correction sont explicités dans : [https://wikifab.org/images/6/6d/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf]

Ce principe de navigation donne de très bons résultats. Lors de tests, j'ai déplacé latéralement la machine de 50 cm et j'ai pu constater qu'elle réagissait rapidement pour rallier la ligne des WP (voir figure 2).

Si la machine était munie de capteurs de distance à l'avant (ce n'est pas le cas actuellement) on pourrait facilement lui faire contourner un obstacle et revenir ensuite automatiquement sur la ligne des WP.

La simulation de la figure 2 montre cependant que les erreurs boussole se traduisent par des écarts de position par rapport à la ligne des WP.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeNavigation_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RetourSurTrace.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Proposition d'ajout d'un asservissement de position.</translate>
|Step_Content=<translate>Ce système n'est pas implanté dans la machine actuelle. J'ai fait des simulations qui montrent que grâce à cet asservissement PID (Correction Proportionnelle, Intégrale et Dérivée) on pourrait compenser les écarts de position induits par les erreurs de la boussole (voir paragraphe précédent).

La figure 1, montre qu'une erreur boussole de l'ordre de 5° peut introduire une erreur de suivi de ligne de presque 9 cm. C'est dommage car on gaspille ainsi la précision du GPS pourtant proche de 2 cm.

La figure 2 explique un principe d'asservissement de position PID qui permettrait de verrouiller le robot sur la ligne des WP, même en cas d'imprécision de la boussole ou d’évolution dans le temps de son calage (masses magnétiques, champ magnétique moteurs).

La figure 3 explique le calcul de l’erreur de position « d » du robot nécessaire au calcul de la correction.

La figure 4 montre la simulation de cette correction avec ce principe d'asservissement. Une simple correction Proportionnelle et Intégrale ramène les erreurs au niveau de celles du GPS.

En conclusion, en combinant un asservissement angulaire avec la boussole et un asservissement de position par rapport à la ligne suivie, on bénéficie à la fois d'une grande efficacité et d'une très bonne précision liée au GPS RTK.

Je recommanderais donc à ceux qui construisent leur propre robot, de l'implanter dans leur logiciel.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeAsservissement_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_1_.jpg
|Step_Picture_04=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_2_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les deux types de virages</translate>
|Step_Content=<translate>Deux types de virages sont définis (figure 1):

- virages autour du centre situé entre les deux roues arrière

- virage autour d'une roue, soit la roue gauche pour tourner à gauche, soit la roue droite pour tourner à droite

Les fonction boussole() est expliquée à l'étape 13.

Le virage autour du centre est d'usage général. Il peut cependant être utilisé pour parcourir une grille de fauchage en bandes contigües (figure 2). Tous les points doivent être atteints les uns après les autres, comme le montre la figure 2..

Toutefois le virage autour d'une roue est mieux adapté pour réaliser précisément des bandes contiguës pendant le fauchage (figure 3). Par rapport au virage autour du centre, il s'avère plus précis et plus fluide. Par contre ici l'un des points en bout de ligne est omis, car inutile (N=N+1 dans le programme).

Enfin, le virage autour d'une roue est aussi utilisé pour réaliser les petites corrections angulaires lors du trajet entre deux WP, afin de pointer vers le point intermédiaire situé au devant de la machine (figure 4). Là aussi c'est une correction beaucoup plus fluide que si RotationCentre était utilisée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Rotations_2.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotCentre_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_1_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Le boîtier de commande électrique'''

La photo 1 montre les principales cartes du boîtier de commande qui vont être détaillés ci-dessous.

'''Câblage du GPS'''

Les câblages des GPS de la base et de la faucheuse sont donnés sur la figure 2.

On arrive naturellement à ce câblage si on suit la progression de la notice des GPS (voir partie GPS). Dans tous les cas on note la présence de l'adaptateur USB qui permet de programmer les circuits soit en base, soit en rover grâce au logiciel sur PC fourni par NavSpark. Grâce à ce programme, on a également toute les informations de position, nombre de satellites, etc...

Dans la partie faucheuse, la broche Tx1 du GPS est reliée à l'entrée série 19 (Rx1) de la carte ARDUINO MEGA pour recevoir les phrases NMEA (figure 3).

Dans la base la broche Tx1 du GPS est envoyée sur la broche Rx de la radio 3DR pour l'envoi des corrections. Dans la faucheuse les corrections reçues par la radio 3DR sont envoyées sur la broche Rx2 du circuit GPS.

On note que ces corrections et leur gestion sont intégralement assurées par les circuits GPS RTK. Ainsi, la carte Aduino MEGA ne reçoit que des valeurs de position corrigées.

 Nota: Le câblage montré ici est celui d'une maquette de labo. Même si ce câblage a permis de tester la machine en conditions réelles avec les vibrations, il est évidemment souhaitable d'en concevoir une version plus durable avec circuits imprimés.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoitierElec.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BaseRover.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_NMEA.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''La carte Arduino MEGA et ses shields'''

- Carte arduino MEGA

- Shield Moteurs roues arrière

- Shield Moteur roue avant

- Shield arte SD

Sur la figure 1, on note que l'on a mis des connecteurs intercalaires entre les cartes pour que la chaleur dissipée dans les cartes moteur puisse s'évacuer. De plus, ces intercalaires permettent de couper des liaisons non désirées entre les cartes, sans avoir à les modifier.

Les figures 2 et 3 montrent comment sont lues les positions des inverseurs du tableau de bord et de la manette de commande.

Et enfin on trouvera le câblage de l'afficheur ici:

[https://wikifab.org/images/7/71/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf] </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Empilement.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Brochage_Mega.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Tableau_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le programme de pilotage Arduino</translate>
|Step_Content=<translate>La carte microcontrôleur est une Arduino MEGA (UNO n'ayant pas assez de mémoire). Le programme de pilotage est très simple et classique. J'ai développé une fonction pour chaque opération élémentaire à effectuer (lecture tableau de bord, acquisition des données GPS, affichage LCD, commande d'avance ou de rotation de la machine, etc...). Ces fonctions sont ensuite utilisées facilement dans le programme principal. La vitesse lente de la machine (3 mètres / minute) facilite grandement les choses.

Par contre, la barre de coupe n'est pas gérée par ce programme mais par le programme de la carte UNO qui se trouve dans le boîtier spécifique.

Dans la partie SETUP du programme on trouve

- les initialisations de pins utiles de la carte MEGA en entrées ou sorties

- l'initialisation de l'afficheur LCD

- l' initialisation carte mémoire SD

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série hardware vers le GPS

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série vers l'IDE

- l' arrêt des moteurs et de la barre de coupe

Dans la partie LOOP du programme on trouve au début

- les lectures du tableau de bord et de la manette, du GPS, de la boussole et des accéléromètres

- un sélecteur à 3 dérivations, suivant l'état du sélecteur de modes du tableau de bord (manuel, enregistrement, fauchage)

La boucle LOOP est rythmée par la lecture asynchrone du GPS qui est l'étape la plus lente. On revient donc en début de boucle environ toutes les 3 secondes.

Dans la dérivation mode normal, la fonction de déplacement est commandée en fonction de la manette et l'affichage est mis à jour environ toutes les 3 secondes (position, état GPS, direction boussole, inclinaison...). Un appui sur le BP marqueur met à zéro les coordonnées de position qui seront exprimées en mètres dans le repère géographique.

Dans la dérivation mode enregistrement, toutes les positions mesurées pendant le déplacement sont enregistrées sur la carte SD (période d'environ 3 secondes). Lorsque un point d'intérêt est atteint, l'appui sur le marqueur est enregistré. dans la carte SD. La position de la machine est affichée toutes les 3 secondes, en mètres dans le repère géographique centré sur le point origine.

 
Dans la dérivation mode fauchage: La machine a préalablement été amenée au dessus du point de référence. Au basculement du sélecteur de mode sur "fauchage", le programme observe les sorties GPS et en particulier la valeur du flag d'état. Lorsque le flag d'état passe en "Fix", le programme effectue la mise à zéro de la position. Le premier point à atteindre est alors lu dans le fichier fauchage de la mémoire SD. Quand ce point est atteint, le virage de la machine se fait comme indiqué dans le fichier fauchage, soit autour d'une roue, soit autour du centre des deux roues - Voir les explications du paragraphe 15 -

Le processus se répète jusqu'à ce que le dernier point soit atteint (en général point de départ). A ce moment le programme met la machine et la barre de coupe à l'arrêt.

Le fichier du programme de pilotage SW_Faucheuse_pilotage_V2.ino se trouve ici : [[:Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino|Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino]]

Pas mal de commentaires ont été mis mais il est possible d’en rajouter en fonction des demandes d’explications.

Pour examiner ou éditer le fichier .ino de façon plus agréable qu’avec l’éditeur Arduino on peut utiliser l’éditeur Notepad++ ([https://notepad-plus-plus.org/ Notepad++ (notepad-plus-plus.org)] ).

Ci-dessous un exemple de fichier de fauchage:[https://wikifab.org/images/f/f2/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt]</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La barre de coupe et sa gestion</translate>
|Step_Content=<translate>La barre de coupe est constituée par 4 disques tournant à la vitesse de 1200 tr/ minute. Chaque disque est muni de 3 lames de cutter escamotables. Ces disques sont disposés de façon à réaliser une bande de coupe continue de 1.2 mètre de large.

Les moteurs doivent être contrôlés de façon à limiter le courant

- au démarrage, à cause de l'inertie des disques

- lors de la coupe, à cause des blocages par trop d'herbe

Pour cela on mesure le courant dans le circuit de chaque moteur grâce à des résistances bobinées de faible valeur. La carte UNO est câblée et programmée pour mesurer ces courants et envoyer une commande PWM adaptée aux moteurs.

Ainsi, au démarrage, la vitesse augmente progressivement jusqu'à sa valeur maxi en 10 secondes. En cas de blocage par de l'herbe, le moteur s'arrête pendant 10 secondes et refait une tentative de relance pendant 2 secondes. Si le problème persiste, le cycle de 10 secondes de repos et 2 secondes de relance recommence. Dans ces conditions, l'échauffement du moteur reste limité, même en cas de blocage permanent.

Les moteurs se mettent en route ou s'arrêtent lorsque la carte UNO reçoit le signal envoyé par le programme de pilotage. Cependant un interrupteur hard permet de couper le courant de façon fiable pour sécuriser les opérations de maintenance</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Barre.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ElectroniqueBarreDeCoupe.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Quelle suite donner ? Quelles améliorations ?</translate>
|Step_Content=<translate>'''Ajouter Galileo à GPS et Glonass'''

La végétation (arbres) peut limiter le nombre de satellites en vue du véhicule et réduire la précision ou empêcher le verrouillage RTK. On a donc intérêt à utiliser le maximum de satellites simultanément. Il serait donc intéressant de compléter les constellations GPS et Glonass par la constellation Galileo.

On devrait pouvoir bénéficier ainsi de plus de 20 satellites au lieu de 15 au maximum, ce qui permet de mieux s'affranchir de l'écrantage par la couverture végétale.

Il commence à exister des circuits travaillant simultanément avec ces 3 constellations:

- Navspark a sorti un circuit "identique" à celui que j'ai utilisé, mais avec Galilleo en supplément (photo 1) (http://navspark.mybigcommerce.com/ns-hp-gn2-px1122r-multi-band-quad-gnss-rtk-breakout-board/)

- Il existe aussi des shields très compacts (phot 2) qui incluent à la fois le circuit GPS et l'émetteur-récepteur sur le même support

https://www.ardusimple.com/product/simplertk2b-starter-kit-mr-ip65/

....Mais le prix est bien supérieur à celui des circuits que nous avons utilisés ici.

'''Compléter le GPS par de l'odométrie et par un LIDAR'''

Malheureusement, en arboriculture il arrive que la couverture végétale soit très importante (champ de noisetiers par exemple). Dans ce cas, même avec les 3 constellations il se peut que le verrouillage RTK ne soit pas possible.

Il faut donc introduire un capteur qui permettrait de conserver la position même en l'absence momentanée de GPS.

'''L'utilisation de l'odométrie''' est une solution simple pour suppléer à la perte du GPS. Son principe consiste à mesurer précisément la rotation des deux roues motrices pour en déduire le trajet de la faucheuse. Malheureusement la précision est limitée par tous les petits glissements des roues par rapport au sol. Je suis en train de tester cette solution en situation de terrain réelle.

'''L'utilisation d'un LIDAR''' pourrait également permettre de se repérer dans un verger. Son principe repose sur le balayage du plan horizontal par un faisceau laser émis par une tourelle. Au cours de ce balayage, la distance à tous les objets interceptés est mesurée . Les troncs des arbres sont très faciles à repérer dans ce cas par le faisceau laser et peuvent servir à observer la marche du robot. Voici par exemple un type de LIDAR qui pourrait convenir pour des conditions extérieures (photo3): https://www.robotshop.com/eu/fr/telemetre-laser-360-rplidar-40m.html

Dans les deux cas le GPS reprendrait sa fonction en bout de rangée, au sortir de la couverture végétale. </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_nouveau_navspark.gif
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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Faucheuse guidée par GPS RTK

2023-09-10T06:58:29Z

Occitan :

{{Tuto Details
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|Description=<translate>Cette faucheuse robot est capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres.</translate>
|Area=Electronics, Machines and Tools, Robotics
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|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>On va décrire ici une faucheuse robot capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres (mon expérience) . Le pilotage est basé sur une carte Aduino Mega, complétée par quelques shields de commande moteurs, d'accéléromètres et boussole ainsi que d'une carte mémoire.

C'est une réalisation non professionnelle, mais qui m'a permis de me rendre compte des problèmes rencontrés en robotique agricole. Cette toute jeune discipline est en train de se développer rapidement, aiguillonnée par les nouvelles lois sur la réduction des désherbants et pesticides. Voici par exemple un lien vers le dernier salon de robotique agricole de Toulouse (https://www.fira-agtech.com/). Certaines entreprises comme Naio technologies fabriquent déjà des robots opérationnels (https://www.naio-technologies.com/).

En comparaison, ma réalisation est bien modeste mais elle permet tout de même de comprendre l'intérêt et les défis de façon ludique.

....Et puis elle fonctionne vraiment ! ...... et peut donc être utilisée pour couper l'herbe autour de sa maison, tout en préservant son temps libre...

Même si je ne décris pas la réalisation jusque dans les derniers détails, les indications que je donne sont précieuses pour celui qui voudrait se lancer. N'hésitez pas à poser des questions ou à faire des suggestions, ce qui me permettra de compléter ma présentation au bénéfice de tous.

Je serais vraiment ravi que ce type de projet puisse donner le goût de l'ingénierie à des bien plus jeunes que moi.... afin d'être prêts pour la grande robolution qui nous attend....

D'ailleurs ce type de projet conviendrait parfaitement à un groupe de jeunes motivés dans un club ou un fablab, pour s'exercer à travailler en groupe projet, avec architectes mécanique, électrique, software chapeautés par un ingénieur système, comme dans l'industrie.

'''La video d'introduction:'''

Dans la première partie, on voit la machine se déplacer en ligne droite entre deux points du fichier de fauchage. Les inégalités de terrain obligent à de petites corrections de trajectoire. Au bout de la ligne droite, deux types de virages sont possibles: autour du centre de rotation situé au milieu des deux roues arrière ou bien autour d'une roue de façon à réaliser des bandes de fauchage contiguës. Bien que tournant à 1200 tr/min, les 3 lames de cutter des disques de coupe sont bien visibles grâce à l'effet stroboscopique.

Ce qui frappe également, ce sont les grandes roues et la lenteur de déplacement. Les grandes roues sont nécessaires pour se déplacer sur des terrains comportant des irrégularités importantes (les 3 roues sont motorisées). La lenteur de déplacement est liée au besoin de couple important nécessaire pour se déplacer sur des prés pentus.</translate>
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{{TutoVideo
|VideoType=Mp4
|mp4video=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VideoMachine.mp4
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{{Materials
|Tuto_Attachments={{Tuto Attachments
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|Attachment=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf
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|Material=<translate></translate>
|Tools=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les objectifs</translate>
|Step_Content=<translate>Le but est de fabriquer un prototype opérationnel de faucheuse capable de faucher l'herbe de manière autonome sur des terrains pouvant comporter des irrégularités importantes (prés plutôt que pelouses).

Le confinement dans le champ ne peut pas être basé sur une limitation par barrière physique ou par fil guide enterré comme pour les robots de tonte pour les pelouses. Les champs à faucher sont en effet variables et de surface importante.

Pour la barre de coupe, l'objectif est de maintenir la pousse de l'herbe à une certaine hauteur après une première tonte ou débroussaillage obtenus par un autre moyen.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Présentation générale</translate>
|Step_Content=<translate>Le système se compose d'un robot mobile et d'une base fixe.

'''Sur le robot mobile''' on trouve:

- Le tableau de bord

- Le boîtier de commande général incluant une carte mémoire.

- la manette de commande manuelle

- Le GPS configuré en "rover" ainsi que le récepteur de corrections RTK

- 3 roues motorisées

- Les moteurs à galets des roues

- la barre de coupe constituée de 4 disques tournants portant chacun 3 lames de cutter en périphérie (largeur de coupe de 1 mètre)

- le boîtier de gestion de la barre de coupe

- les batteries

'''Dans la base fixe''' on trouve le GPS configuré en "base" ainsi que l'émetteur des corrections RTK. On note que l'antenne est placée en hauteur de façon à rayonner sur quelques centaines de mètres autour de la maison. De plus, l'antenne GPS est en vue de tout le ciel sans aucune occultation par des bâtiments ou par de la végétation.

Les modes Rover et base des GPS seront décrits et expliqués dans la partei GPS.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_1.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_3.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Base.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 1/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>Je propose de prendre connaissance du robot à travers son mode d'emploi qui fait bien apparaître toutes ses fonctionnalités.

'''Description du tableau de bord:'''

- Un interrupteur général

- un premier sélecteur à 3 positions permet de sélectionner les modes de fonctionnement: mode déplacement manuel, mode enregistrement de parcours, mode fauchage

- Un bouton poussoir sert de marqueur. On verra ses utilisations.

- Deux autres sélecteurs à 3 positions servent à sélectionner un numéro de fichier parmi 9. On dispose donc de 9 fichiers de fauchage ou d'enregistrements de parcours pour 9 champs différents.

- Un sélecteur à 3 positions est dédié à la commande de la barre de coupe. Une position OFF, une position ON, une position commande programmée.

- Afficheur deux lignes

- un sélecteur 3 positions pour définir 3 affichages différents

- une LED qui indique l'état du GPS. LED éteinte, pas de GPS. LED clignotante lentement, GPS sans corrections RTK. LED clignotante rapide, corrections RTK reçues. LED allumée, verrouillage GPS sur la plus grande précision.

 Enfin, '''la manette de commande''' manuelle est munie de deux sélecteurs à 3 positions. Celui de gauche commande la roue gauche, celui de droite commande la roue droite.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_TableauDeBord.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_manette_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 2 /4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode pilotage manuel (GPS non nécessaire)'''

Après mise ON et sélection de ce mode avec le sélecteur de mode, le pilotage de la machine se fait avec la manette de commande.

Les deux sélecteurs à 3 positions ont un ressort de rappel qui les ramène toujours en position milieu, correspondant à l'arrêt des roues.

Quand on pousse les leviers de gauche et de droite vers l'avant les deux roues arrière tournent et la machine va tout droit.

Quand on tire les deux leviers en arrière, la machine recule tout droit.

Quand on pousse un levier vers l'avant, la machine tourne autour de la roue arrêtée.

Quand on pousse un levier vers l'avant et l'autre vers l'arrière, la machine tourne autour d'elle-même, en un point situé au milieu de l'axe joignant les roues arrière.

La motorisation de la roue avant s'ajuste automatiquement en fonction des deux commandes passées sur les deux roues arrière.

Enfin, dans le mode manuel on peut également faucher de l'herbe. Pour cela, après avoir vérifié que personne ne se trouve à proximité des disques de coupe, on met ON le boîtier de gestion de la barre de coupe (interrupteur "hard" pour la sécurité). On place ensuite le sélecteur de coupe du tableau de bord sur ON. A cet instant les 4 disques de la barre de coupe se mettent en rotation.</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 3/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode enregistrement de parcours (GPS nécessaire)'''

- Avant de commencer à enregistrer un parcours, on définit arbitrairement un point de référence pour le champ et on le marque par un petit piquet. Ce point sera l'origine des coordonnées dans le repère géographique (photo)

- On sélectionne ensuite le numéro de fichier dans lequel le parcours va être enregistré, grâce aux deux sélecteurs du tableau de bord.

- On met la base ON

- On vérifie alors que la LED d'état GPS se met à clignoter rapidement.

- On quitte le mode manuel en plaçant le sélecteur de mode du tableau de bord sur la position enregistrement.

- On amène alors la machine manuellement à la position du point de référence. Précisément c'est l'antenne GPS qui doit se trouver au dessus de ce repère. Cette antenne GPS est située au dessus du point centré entre les deux roues arrière et qui est le point de rotation de la machine sur elle-même.

- On attend que la LED donnant le statut du GPS soit maintenant allumée sans clignotement. Cela indique que le GPS est à sa précision maximum ("Fix" GPS).

- On marque la position origine 0,0 en appuyant sur le BP marqueur du tableau de bord.

- On se dirige alors vers le point suivant que l'on veut cartographier. Dès qu'il est atteint, on le signale à l'aide du marqueur.

- Pour mettre fin à l'enregistrement on repasse en mode manuel.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_enregistrement.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 4/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode fauchage (GPS nécessaire)'''

Il faut d'abord préparer le fichier de points que la machine doit parcourir pour faucher tout le champ sans laisser de surface non coupée. Pour cela on récupère le fichier enregistré dans la carte mémoire et à partir de ces coordonnées, à l'aide par exemple d'Excel, on génère une liste de points comme sur la photo. Pour chacun des points à atteindre on indique si la barre de coupe est ON ou OFF. Comme c'est la barre de coupe qui consomme le plus de puissance (de 50 à 100 Watts suivant l'herbe), il faut veiller à couper la barre de coupe lors de la traversée d'un champ déjà fauché par exemple.

La carte de fauchage étant générée, on remet la carte mémoire sur son shield dans le tiroir de commande.

Il ne reste plus alors que mettre ON la base et se rendre sur le champ à faucher, juste au dessus du repère de référence. On met ensuite le sélecteur de mode sur "Fauchage".

A ce moment la machine attendra toute seule le verrouillage GPS RTK en "Fix" pour faire une mise à zéro des coordonnées et commencer à faucher.

Lorsque le fauchage sera terminé, elle reviendra seule au point de départ, avec une précision d'une dizaine de centimètres.

Pendant le fauchage, la machine se déplace en ligne droite entre deux points consécutifs du fichier de points. La largeur de coupe est de 1,1 mètre. Comme la machine a une largeur entre roues de 1 mètre et peut tourner autour d'une roue (voir video), il est possible de faire des bandes de fauchage contiguës. C'est d'une grande efficacité !

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_fauchage.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie mécanique</translate>
|Step_Content=<translate>'''La structure du robot'''

Le robot est construit autour d'une structure en treillis de tubes d'aluminium, ce qui lui confère une bonne rigidité. Ses dimensions sont environ de 1.20 mètre de long, 1 mètre de large et 80 cm de haut.

'''Les roues'''

Elle peut se déplacer grâce à 3 roues de vélo enfant de diamètre 20 pouces: Deux roues arrière et une roue avant semblable à la roulette des chariots de supermarché (photos 1 et 2). C'est le mouvement relatif des deux roues arrière qui assure son orientation.

'''Les moteurs à galet'''

A cause des irrégularités de terrain, il est nécessaire de disposer de couples importants et donc d'un grand rapport de réduction. Dans ce but j'ai utilisé le principe de galet appuyant sur la roue, comme sur un solex (photos 3 et 4). La réduction importante permet de garder la machine stable dans une pente, même lorsque l'on coupe l'alimentation des moteurs. En contrepartie, la machine avance lentement (3 mètres / minute)...mais l'herbe pousse lentement....

On peut noter que les 3 roues sont motorisées avec des moteurs à galet. La motorisation de la roue avant permet d'éviter le blocage de cette roue directrice lorsqu'elle tombe dans un creux important.

Pour la conception mécanique j'ai utilisé le logiciel de dessin OpenScad (logiciel à scripts très efficace). En parallèle pour les plans de détail j'ai utilisé Drawing de OpenOffice. 

Enfin voici la liste de sites où les différents éléments mécaniques ont été achetés:

[https://wikifab.org/images/e/e4/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf]</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_illustration.png
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RoueAvant.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet_.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>'''GPS simple'''

Le GPS simple (photo 1), celui qui est dans notre voiture n'a une précision que de quelques mètres. Si on enregistre la position indiquée par un tel GPS maintenu fixe pendant une heure par exemple, on va observer des fluctuations de plusieurs mètres. Ces fluctuations sont dues à des perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère, mais aussi à des erreurs d'horloge des satellites et des erreurs de meure du GPS lui-même. Il ne convient donc pas pour notre application.

'''GPS RTK'''

Afin d'améliorer cette précision, on utilise deux GPS situés à une distance inférieure à 10 Km (photo 2). Dans ces conditions, on peut considérer que les perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère sont identiques sur chaque GPS. Ainsi la différence de position entre les deux GPS n'est plus perturbée (différentiel). Si maintenant on fixe un des GPS (la base) et si on place l'autre sur un véhicule (le rover), on obtiendra précisément le déplacement du véhicule par rapport à la base sans perturbations. De plus ces GPS effectuent une mesure de temps de vol beaucoup plus présise que les GPS simples (mesures de phase sur la porteuse).

Grâce à ces améliorations, on obtiendra une précision de mesure centimétrique pour le déplacement du rover par rapport à la base.

C'est ce système RTK (Real Time Kinematic) que nous avons choisi d'utiliser.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage9.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>J'ai acheté 2 circuits GPS RTK (photo 1) à la société Navspark.

Ces circuits sont montés sur un petit circuit imprimé équipé de broches au pas de 2.54 mm qui se monte donc directement sur les plaques d'essai.

Comme le projet est localisé dans le sud-ouest de la France, j'ai choisi des circuits travaillant avec les constellations de satellites américains GPS ainsi que la constellation russe Glonass.

Il est important d'avoir le maximum de satellites afin de bénéficier de la meilleure précision. Dans mon cas, j'ai couramment entre 10 et 16 satellites.

On doit également acheter

- 2 adaptateurs USB, nécessaire pour relier le circuit GPS à un PC (tests et configuration)

- 2 antennes GPS + 2 câbles adaptateurs

- une paire d'emetteurs-récepteurs 3DR afin que la base puisse émettre ses corrections vers le rover et le rover les recevoir.

Ci-joint la liste des achats avec des liens internet vers les revendeurs:

[https://wikifab.org/images/a/ad/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf]

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_RTK.jpg
|Step_Picture_01_annotation={"version":"2.4.6","objects":[{"type":"image","version":"2.4.6","originX":"left","originY":"top","left":3,"top":-6,"width":552,"height":559,"fill":"rgb(0,0,0)","stroke":null,"strokeWidth":0,"strokeDashArray":null,"strokeLineCap":"butt","strokeDashOffset":0,"strokeLineJoin":"miter","strokeMiterLimit":4,"scaleX":1.07,"scaleY":1.07,"angle":0,"flipX":false,"flipY":false,"opacity":1,"shadow":null,"visible":true,"clipTo":null,"backgroundColor":"","fillRule":"nonzero","paintFirst":"fill","globalCompositeOperation":"source-over","transformMatrix":null,"skewX":0,"skewY":0,"crossOrigin":"","cropX":0,"cropY":0,"src":"https://wikifab.org/images/e/e4/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_RTK.jpg","filters":[]},{"type":"textbox","version":"2.4.6","originX":"center","originY":"center","left":286.05,"top":591,"width":179.91,"height":22.6,"fill":"#FF0000","stroke":"#FF0000","strokeWidth":1,"strokeDashArray":null,"strokeLineCap":"butt","strokeDashOffset":0,"strokeLineJoin":"miter","strokeMiterLimit":4,"scaleX":1,"scaleY":1,"angle":0,"flipX":false,"flipY":false,"opacity":1,"shadow":null,"visible":true,"clipTo":null,"backgroundColor":"","fillRule":"nonzero","paintFirst":"fill","globalCompositeOperation":"source-over","transformMatrix":null,"skewX":0,"skewY":0,"text":" GPS NAVSPARK","fontSize":20,"fontWeight":"normal","fontFamily":"sans-serif","fontStyle":"normal","lineHeight":1.16,"underline":false,"overline":false,"linethrough":false,"textAlign":"left","textBackgroundColor":"","charSpacing":0,"minWidth":20,"styles":{} }],"height":600,"width":600}
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>La notice du GPS que l'on trouve sur le site de Navspark permet de mettre en œuvre progressivement les circuits.

http://navspark.mybigcommerce.com/content/NS-HP-GL-User-Guide.pdf

Sur le site de Navspark on trouvera également

- le logiciel à installer sur son PC Windows pour visualiser les sorties des GPS et programmer les circuits en base et en rover.

- Une description du format des données GPS (phrases NMEA)

Tous ces documents sont en anglais mais ils sont relativement faciles à comprendre. Dans un premier temps, la mise en œuvre se fait sans le moindre circuit électronique grâce aux adaptateurs USB qui fournissent également toutes les alimentations électriques.

La progression est la suivante:

- Test des circuits individuellement qui fonctionnent comme des GPS simples. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité de quelques mètres.

- Programmation d'un circuit en ROVER et l'autre en BASE

- Constitution d'un système RTK en reliant les deux modules par un simple fil. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité relative ROVER/BASE de quelques centimètres !

- Remplacement du fil liant BASE et ROVER par les émetteurs-récepteurs 3DR. Là encore le fonctionnement en RTK permet une stabilité de quelques centimètres. Mais cette fois BASE et ROVER ne sont plus reliés par un lien physique.....

- Remplacement de la visualisation PC par une carte Arduino programmée pour recevoir les données GPS sur une entrée série... (voir plus bas)

Nota: Sur les photos fournies à l'étape 2 on voit que le GPS du rover se trouve au sommet d'un mât. C'est une précaution que j'avais prise pour éviter les effets d'écran de mon corps près de la machine lors de la mise au point. En fait, cette précaution n'est plus utile lorsque la mise au point est terminée et que le rover évolue seul sans présence humaine autour.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Un GPS ne donne que sa propre position dans le repère géographique sans aucune indication de direction. Cela ne suffit pas pour se diriger efficacement vers un autre point à atteindre, comme le suggère la figure 1.

L'idée qui vient naturellement est d'adjoindre une boussole à ce GPS. Dans ce cas il sera nécessaire de caler l'indication de la boussole avec le repère géographique.

Comme le montre également la figure 1, on peut aussi remplacer la boussole par un GPS additionnel. Dans ce cas la différence de position entre les deux GPS permet de calculer directement l'orientation par rapport au repère géographique, sans soucis de recalage de repères. Je n'ai pas choisi cette solution par souci d'économie.

La boussole que j’ai utilisée est la CMPS11. Actuellement ce modèle est remplacé par la CMPS12, basée sur un circuit BNO055, qui est très proche. [http://www.robot-electronics.co.uk/files/cmps12.pdf cmps12.pdf (robot-electronics.co.uk)]

J’ai monté cette boussole sur ma machine en orientant vers l’avant la direction « HEADING » fournie par la documentation. La figure 2 montre alors comment est la lecture de la boussole en fonction de l’orientation de la machine. Le Nord est le nord magnétique, celui indiqué par une boussole à aiguille magnétique.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationBesoinBoussole.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoussoleOrientation.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Pourquoi "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

Le repère dans lequel le GPS donne les positions est le repère géographique basé sur l'axe de rotation de la terre. Dans ce repère, la direction +Y (figure 1) correspond au Nord géographique. Un déplacement le long de cet axe vers +Y correspond à une augmentation pure de la latitude. De même un déplacement vers +X correspond à une augmentation pure de la longitude Est.

En comparaison, la boussole indique le Nord magnétique qui est en général décalé d'une valeur variable dans le temps, la déclinaison magnétique ([https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9clinaison_magn%C3%A9tique_terrestre Déclinaison magnétique terrestre — Wikipédia (wikipedia.org)]). Actuellement cette différence entre Nord géographique et Nord magnétique est de l'ordre du degré.

Actuellement, la boussole étant montée avec HEADING vers l’avant, lorsque la machine se déplace vers le Nord géographique (+Y) on peut s’attendre à une indication de la boussole proche de 0 – 255.

En réalité il n’en est pas tout à fait ainsi pour plusieurs raisons :

- Des offsets dus à la déclinaison magnétique et à l’erreur de calage en rotation de la boussole sur la machine.

- des variations plus ou moins cycliques sans doutes dues aux perturbations magnétiques des différents moteurs. (voir la suite).

C'est donc la raison pour laquelle il faut établir expérimentalement une relation entre les indications de la boussole et les directions dans le repère du GPS.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBousssole_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Comment "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

On utilise pour cela le mode enregistrement de parcours (voir étape 5), en faisant se déplacer la machine selon un certain nombre de rayons couvrant la totalité de l’azimut de 360°. Des repères au sol permettent de se guider afin d’assurer un pilotage manuel en ligne droite.

La figure 1 montre par exemple ce que j’ai fait obtenu avec ma machine après fixation de la boussole dans sa position définitive. Toutes les 3 seconde, sont enregistrées une valeur position GPS et une valeur boussole.

On peut alors simplement représenter ces positions GPS traduites en mètres dans le repère XY géographique et en même temps porter la valeur moyenne des valeurs boussole obtenues lors du parcours de chaque rayon.

Toutes ces valeurs peuvent être écrites selon deux colonnes:

- celle des angles calculés dans le repère XY pour atteindre un point choisi (par exemple 110.6)

- celle des indications boussole que l'on aura si la machine se dirige vers ce point (par exemple 230)

Il ne reste plus qu' à trouver la fonction qui va nous faire passer des angles dans le repère géographique GPS aux indications de la boussole. C'est ce que réalise la fonction '''boussole (angle)''' dont le programme est donné sur la figure 2. Dans l'exemple donné, on peut vérifier que l'on retrouve bien les indications boussole à mieux que 2 LSB

La valeur '''but =''' '''boussole (angle)''' est ensuite utilisée par les fonctions de rotation de la machine (figure 3).</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBoussole_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionBoussole.bmp
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionRotationRoue.bmp
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe de navigation avec GPS et boussole</translate>
|Step_Content=<translate>Le déplacement de la machine se fait de WP en WP selon des lignes droites.

Au départ d'un WP, la boussole indique la direction du prochain WP à atteindre. Cependant, afin d'éviter

- les erreurs de direction qui croissent avec la distance parcourue

- les dérives latérales par glissement (en situation de dévers)

des points intermédiaires situés sur la droite joignant les deux WP sont calculés. Ces points intermédiaires sont situés à environ deux mètres à l'avant de la machine, comme montré sur la figure 1.

Ensuite, à chaque position courante de la machine P(x,y) on calcule l''''angle''' (par rapport à Xgéo) nécessaire pour atteindre ce point intermédiaire. On calcule également l'indication de la boussole correspondant à cet angle, '''but_boussole'''. C'est à ce moment que sert la boussole "calibrée" par rapport au repère géographique. La machine tourne jusqu'à ce que l'indication de la boussole soit égale à '''but_boussole.''' Ainsi la machine pointera vers le point intermédiare, quelle que soit l'orientation de départ de la machine.

Les calculs de ces points intermédiaires et de l'angle de correction sont explicités dans : [https://wikifab.org/images/6/6d/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf]

Ce principe de navigation donne de très bons résultats. Lors de tests, j'ai déplacé latéralement la machine de 50 cm et j'ai pu constater qu'elle réagissait rapidement pour rallier la ligne des WP (voir figure 2).

Si la machine était munie de capteurs de distance à l'avant (ce n'est pas le cas actuellement) on pourrait facilement lui faire contourner un obstacle et revenir ensuite automatiquement sur la ligne des WP.

La simulation de la figure 2 montre cependant que les erreurs boussole se traduisent par des écarts de position par rapport à la ligne des WP.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeNavigation_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RetourSurTrace.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe d'asservissement sur la ligne des WP</translate>
|Step_Content=<translate>Ce système n'est pas implanté dans la machine actuelle. J'ai fait des simulations qui montrent que grâce à cet asservissement on pourrait compenser les écarts de position induits par les erreurs de la boussole.

La figure 1, montre qu'une erreur boussole de l'ordre de 5° peut introduire une erreur de suivi de ligne de presque 9 cm. C'est dommage car on gaspille ainsi la précision du GPS pourtant proche de 2 cm.

La figure 2 explique un principe d'asservissement PID qui permettrait de verrouiller le robot sur la ligne des WP, même en cas d'imprécision de la boussole.

La figure 3 explique le calcul de la distance d du robot nécessaire au calcul de la position.

La figure 4 montre la simulation de cette correction avec ce principe d'asservissement: Les erreurs sont maintenant bien réduites et du même ordre que les erreurs de position du GPS.

La figure 5 montre qu'il faudra ajuster les coefficients de la correction PID intégral afin de limiter les oscillations intempestives.

En conclusion, en combinant un asservissement angulaire avec la boussole et un asservissement de position par rapport à la ligne suivie, on bénéficie à la fois d'une grande efficacité et d'une très bonne précision liée au GPS RTK. Je recommanderais donc à ceux qui construisent leur propre robot, de l'implanter dans leur logiciel.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeAsservissement_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_1_.jpg
|Step_Picture_04=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_2_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les deux types de virages</translate>
|Step_Content=<translate>Deux types de virages sont définis (figure 1):

- virages autour du centre situé entre les deux roues arrière

- virage autour d'une roue, soit la roue gauche pour tourner à gauche, soit la roue droite pour tourner à droite

Les fonction boussole() est expliquée à l'étape 13.

Le virage autour du centre est d'usage général. Il peut cependant être utilisé pour parcourir une grille de fauchage en bandes contigües (figure 2). Tous les points doivent être atteints les uns après les autres, comme le montre la figure 2..

Toutefois le virage autour d'une roue est mieux adapté pour réaliser précisément des bandes contiguës pendant le fauchage (figure 3). Par rapport au virage autour du centre, il s'avère plus précis et plus fluide. Par contre ici l'un des points en bout de ligne est omis, car inutile (N=N+1 dans le programme).

Enfin, le virage autour d'une roue est aussi utilisé pour réaliser les petites corrections angulaires lors du trajet entre deux WP, afin de pointer vers le point intermédiaire situé au devant de la machine (figure 4). Là aussi c'est une correction beaucoup plus fluide que si RotationCentre était utilisée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Rotations_2.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotCentre_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_1_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Le boîtier de commande électrique'''

La photo 1 montre les principales cartes du boîtier de commande qui vont être détaillés ci-dessous.

'''Câblage du GPS'''

Les câblages des GPS de la base et de la faucheuse sont donnés sur la figure 2.

On arrive naturellement à ce câblage si on suit la progression de la notice des GPS (voir partie GPS). Dans tous les cas on note la présence de l'adaptateur USB qui permet de programmer les circuits soit en base, soit en rover grâce au logiciel sur PC fourni par NavSpark. Grâce à ce programme, on a également toute les informations de position, nombre de satellites, etc...

Dans la partie faucheuse, la broche Tx1 du GPS est reliée à l'entrée série 19 (Rx1) de la carte ARDUINO MEGA pour recevoir les phrases NMEA (figure 3).

Dans la base la broche Tx1 du GPS est envoyée sur la broche Rx de la radio 3DR pour l'envoi des corrections. Dans la faucheuse les corrections reçues par la radio 3DR sont envoyées sur la broche Rx2 du circuit GPS.

On note que ces corrections et leur gestion sont intégralement assurées par les circuits GPS RTK. Ainsi, la carte Aduino MEGA ne reçoit que des valeurs de position corrigées.

 Nota: Le câblage montré ici est celui d'une maquette de labo. Même si ce câblage a permis de tester la machine en conditions réelles avec les vibrations, il est évidemment souhaitable d'en concevoir une version plus durable avec circuits imprimés.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoitierElec.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BaseRover.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_NMEA.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''La carte Arduino MEGA et ses shields'''

- Carte arduino MEGA

- Shield Moteurs roues arrière

- Shield Moteur roue avant

- Shield arte SD

Sur la figure 1, on note que l'on a mis des connecteurs intercalaires entre les cartes pour que la chaleur dissipée dans les cartes moteur puisse s'évacuer. De plus, ces intercalaires permettent de couper des liaisons non désirées entre les cartes, sans avoir à les modifier.

Les figures 2 et 3 montrent comment sont lues les positions des inverseurs du tableau de bord et de la manette de commande.

Et enfin on trouvera le câblage de l'afficheur ici:

[https://wikifab.org/images/7/71/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf] </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Empilement.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Brochage_Mega.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Tableau_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le programme de pilotage Arduino</translate>
|Step_Content=<translate>La carte microcontrôleur est une Arduino MEGA (UNO n'ayant pas assez de mémoire). Le programme de pilotage est très simple et classique. J'ai développé une fonction pour chaque opération élémentaire à effectuer (lecture tableau de bord, acquisition des données GPS, affichage LCD, commande d'avance ou de rotation de la machine, etc...). Ces fonctions sont ensuite utilisées facilement dans le programme principal. La vitesse lente de la machine (3 mètres / minute) facilite grandement les choses.

Par contre, la barre de coupe n'est pas gérée par ce programme mais par le programme de la carte UNO qui se trouve dans le boîtier spécifique.

Dans la partie SETUP du programme on trouve

- les initialisations de pins utiles de la carte MEGA en entrées ou sorties

- l'initialisation de l'afficheur LCD

- l' initialisation carte mémoire SD

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série hardware vers le GPS

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série vers l'IDE

- l' arrêt des moteurs et de la barre de coupe

Dans la partie LOOP du programme on trouve au début

- les lectures du tableau de bord et de la manette, du GPS, de la boussole et des accéléromètres

- un sélecteur à 3 dérivations, suivant l'état du sélecteur de modes du tableau de bord (manuel, enregistrement, fauchage)

La boucle LOOP est rythmée par la lecture asynchrone du GPS qui est l'étape la plus lente. On revient donc en début de boucle environ toutes les 3 secondes.

Dans la dérivation mode normal, la fonction de déplacement est commandée en fonction de la manette et l'affichage est mis à jour environ toutes les 3 secondes (position, état GPS, direction boussole, inclinaison...). Un appui sur le BP marqueur met à zéro les coordonnées de position qui seront exprimées en mètres dans le repère géographique.

Dans la dérivation mode enregistrement, toutes les positions mesurées pendant le déplacement sont enregistrées sur la carte SD (période d'environ 3 secondes). Lorsque un point d'intérêt est atteint, l'appui sur le marqueur est enregistré. dans la carte SD. La position de la machine est affichée toutes les 3 secondes, en mètres dans le repère géographique centré sur le point origine.

 
Dans la dérivation mode fauchage: La machine a préalablement été amenée au dessus du point de référence. Au basculement du sélecteur de mode sur "fauchage", le programme observe les sorties GPS et en particulier la valeur du flag d'état. Lorsque le flag d'état passe en "Fix", le programme effectue la mise à zéro de la position. Le premier point à atteindre est alors lu dans le fichier fauchage de la mémoire SD. Quand ce point est atteint, le virage de la machine se fait comme indiqué dans le fichier fauchage, soit autour d'une roue, soit autour du centre des deux roues - Voir les explications du paragraphe 15 -

Le processus se répète jusqu'à ce que le dernier point soit atteint (en général point de départ). A ce moment le programme met la machine et la barre de coupe à l'arrêt.

Le fichier du programme de pilotage SW_Faucheuse_pilotage_V2.ino se trouve ici : [[:Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino|Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino]]

Pas mal de commentaires ont été mis mais il est possible d’en rajouter en fonction des demandes d’explications.

Pour examiner ou éditer le fichier .ino de façon plus agréable qu’avec l’éditeur Arduino on peut utiliser l’éditeur Notepad++ ([https://notepad-plus-plus.org/ Notepad++ (notepad-plus-plus.org)] ).

Ci-dessous un exemple de fichier de fauchage:[https://wikifab.org/images/f/f2/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt]</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La barre de coupe et sa gestion</translate>
|Step_Content=<translate>La barre de coupe est constituée par 4 disques tournant à la vitesse de 1200 tr/ minute. Chaque disque est muni de 3 lames de cutter escamotables. Ces disques sont disposés de façon à réaliser une bande de coupe continue de 1.2 mètre de large.

Les moteurs doivent être contrôlés de façon à limiter le courant

- au démarrage, à cause de l'inertie des disques

- lors de la coupe, à cause des blocages par trop d'herbe

Pour cela on mesure le courant dans le circuit de chaque moteur grâce à des résistances bobinées de faible valeur. La carte UNO est câblée et programmée pour mesurer ces courants et envoyer une commande PWM adaptée aux moteurs.

Ainsi, au démarrage, la vitesse augmente progressivement jusqu'à sa valeur maxi en 10 secondes. En cas de blocage par de l'herbe, le moteur s'arrête pendant 10 secondes et refait une tentative de relance pendant 2 secondes. Si le problème persiste, le cycle de 10 secondes de repos et 2 secondes de relance recommence. Dans ces conditions, l'échauffement du moteur reste limité, même en cas de blocage permanent.

Les moteurs se mettent en route ou s'arrêtent lorsque la carte UNO reçoit le signal envoyé par le programme de pilotage. Cependant un interrupteur hard permet de couper le courant de façon fiable pour sécuriser les opérations de maintenance</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Barre.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ElectroniqueBarreDeCoupe.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Quelle suite donner ? Quelles améliorations ?</translate>
|Step_Content=<translate>'''Ajouter Galileo à GPS et Glonass'''

La végétation (arbres) peut limiter le nombre de satellites en vue du véhicule et réduire la précision ou empêcher le verrouillage RTK. On a donc intérêt à utiliser le maximum de satellites simultanément. Il serait donc intéressant de compléter les constellations GPS et Glonass par la constellation Galileo.

On devrait pouvoir bénéficier ainsi de plus de 20 satellites au lieu de 15 au maximum, ce qui permet de mieux s'affranchir de l'écrantage par la couverture végétale.

Il commence à exister des circuits travaillant simultanément avec ces 3 constellations:

- Navspark a sorti un circuit "identique" à celui que j'ai utilisé, mais avec Galilleo en supplément (photo 1) (http://navspark.mybigcommerce.com/ns-hp-gn2-px1122r-multi-band-quad-gnss-rtk-breakout-board/)

- Il existe aussi des shields très compacts (phot 2) qui incluent à la fois le circuit GPS et l'émetteur-récepteur sur le même support

https://www.ardusimple.com/product/simplertk2b-starter-kit-mr-ip65/

....Mais le prix est bien supérieur à celui des circuits que nous avons utilisés ici.

'''Compléter le GPS par de l'odométrie et par un LIDAR'''

Malheureusement, en arboriculture il arrive que la couverture végétale soit très importante (champ de noisetiers par exemple). Dans ce cas, même avec les 3 constellations il se peut que le verrouillage RTK ne soit pas possible.

Il faut donc introduire un capteur qui permettrait de conserver la position même en l'absence momentanée de GPS.

'''L'utilisation de l'odométrie''' est une solution simple pour suppléer à la perte du GPS. Son principe consiste à mesurer précisément la rotation des deux roues motrices pour en déduire le trajet de la faucheuse. Malheureusement la précision est limitée par tous les petits glissements des roues par rapport au sol. Je suis en train de tester cette solution en situation de terrain réelle.

'''L'utilisation d'un LIDAR''' pourrait également permettre de se repérer dans un verger. Son principe repose sur le balayage du plan horizontal par un faisceau laser émis par une tourelle. Au cours de ce balayage, la distance à tous les objets interceptés est mesurée . Les troncs des arbres sont très faciles à repérer dans ce cas par le faisceau laser et peuvent servir à observer la marche du robot. Voici par exemple un type de LIDAR qui pourrait convenir pour des conditions extérieures (photo3): https://www.robotshop.com/eu/fr/telemetre-laser-360-rplidar-40m.html

Dans les deux cas le GPS reprendrait sa fonction en bout de rangée, au sortir de la couverture végétale. </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_nouveau_navspark.gif
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_Radio.jpg
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{{Notes
|Notes=<translate></translate>
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Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK CalculPositionRobot .jpg

2023-09-10T06:57:00Z

Occitan : Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot_

Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot_

Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK Compensation 2 .jpg

2023-09-10T06:55:54Z

Occitan : Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_2_

Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_2_

Faucheuse guidée par GPS RTK

2023-09-10T06:53:47Z

Occitan :

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|Description=<translate>Cette faucheuse robot est capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres.</translate>
|Area=Electronics, Machines and Tools, Robotics
|Type=Technique
|Difficulty=Hard
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|Duration-type=month(s)
|Cost=750
|Currency=EUR (€)
}}
{{Introduction
|Introduction=<translate>On va décrire ici une faucheuse robot capable de couper l'herbe de façon entièrement automatique sur un parcours déterminé à l'avance. Grâce au guidage par GPS RTK le parcours est reproduit à chaque tonte avec une précision meilleure que 10 centimètres (mon expérience) . Le pilotage est basé sur une carte Aduino Mega, complétée par quelques shields de commande moteurs, d'accéléromètres et boussole ainsi que d'une carte mémoire.

C'est une réalisation non professionnelle, mais qui m'a permis de me rendre compte des problèmes rencontrés en robotique agricole. Cette toute jeune discipline est en train de se développer rapidement, aiguillonnée par les nouvelles lois sur la réduction des désherbants et pesticides. Voici par exemple un lien vers le dernier salon de robotique agricole de Toulouse (https://www.fira-agtech.com/). Certaines entreprises comme Naio technologies fabriquent déjà des robots opérationnels (https://www.naio-technologies.com/).

En comparaison, ma réalisation est bien modeste mais elle permet tout de même de comprendre l'intérêt et les défis de façon ludique.

....Et puis elle fonctionne vraiment ! ...... et peut donc être utilisée pour couper l'herbe autour de sa maison, tout en préservant son temps libre...

Même si je ne décris pas la réalisation jusque dans les derniers détails, les indications que je donne sont précieuses pour celui qui voudrait se lancer. N'hésitez pas à poser des questions ou à faire des suggestions, ce qui me permettra de compléter ma présentation au bénéfice de tous.

Je serais vraiment ravi que ce type de projet puisse donner le goût de l'ingénierie à des bien plus jeunes que moi.... afin d'être prêts pour la grande robolution qui nous attend....

D'ailleurs ce type de projet conviendrait parfaitement à un groupe de jeunes motivés dans un club ou un fablab, pour s'exercer à travailler en groupe projet, avec architectes mécanique, électrique, software chapeautés par un ingénieur système, comme dans l'industrie.

'''La video d'introduction:'''

Dans la première partie, on voit la machine se déplacer en ligne droite entre deux points du fichier de fauchage. Les inégalités de terrain obligent à de petites corrections de trajectoire. Au bout de la ligne droite, deux types de virages sont possibles: autour du centre de rotation situé au milieu des deux roues arrière ou bien autour d'une roue de façon à réaliser des bandes de fauchage contiguës. Bien que tournant à 1200 tr/min, les 3 lames de cutter des disques de coupe sont bien visibles grâce à l'effet stroboscopique.

Ce qui frappe également, ce sont les grandes roues et la lenteur de déplacement. Les grandes roues sont nécessaires pour se déplacer sur des terrains comportant des irrégularités importantes (les 3 roues sont motorisées). La lenteur de déplacement est liée au besoin de couple important nécessaire pour se déplacer sur des prés pentus.</translate>
}}
{{TutoVideo
|VideoType=Mp4
|mp4video=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VideoMachine.mp4
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{{Materials
|Tuto_Attachments={{Tuto Attachments
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|Tools=<translate></translate>
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{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les objectifs</translate>
|Step_Content=<translate>Le but est de fabriquer un prototype opérationnel de faucheuse capable de faucher l'herbe de manière autonome sur des terrains pouvant comporter des irrégularités importantes (prés plutôt que pelouses).

Le confinement dans le champ ne peut pas être basé sur une limitation par barrière physique ou par fil guide enterré comme pour les robots de tonte pour les pelouses. Les champs à faucher sont en effet variables et de surface importante.

Pour la barre de coupe, l'objectif est de maintenir la pousse de l'herbe à une certaine hauteur après une première tonte ou débroussaillage obtenus par un autre moyen.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Présentation générale</translate>
|Step_Content=<translate>Le système se compose d'un robot mobile et d'une base fixe.

'''Sur le robot mobile''' on trouve:

- Le tableau de bord

- Le boîtier de commande général incluant une carte mémoire.

- la manette de commande manuelle

- Le GPS configuré en "rover" ainsi que le récepteur de corrections RTK

- 3 roues motorisées

- Les moteurs à galets des roues

- la barre de coupe constituée de 4 disques tournants portant chacun 3 lames de cutter en périphérie (largeur de coupe de 1 mètre)

- le boîtier de gestion de la barre de coupe

- les batteries

'''Dans la base fixe''' on trouve le GPS configuré en "base" ainsi que l'émetteur des corrections RTK. On note que l'antenne est placée en hauteur de façon à rayonner sur quelques centaines de mètres autour de la maison. De plus, l'antenne GPS est en vue de tout le ciel sans aucune occultation par des bâtiments ou par de la végétation.

Les modes Rover et base des GPS seront décrits et expliqués dans la partei GPS.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_1.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_VueGenerale_3.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Base.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 1/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>Je propose de prendre connaissance du robot à travers son mode d'emploi qui fait bien apparaître toutes ses fonctionnalités.

'''Description du tableau de bord:'''

- Un interrupteur général

- un premier sélecteur à 3 positions permet de sélectionner les modes de fonctionnement: mode déplacement manuel, mode enregistrement de parcours, mode fauchage

- Un bouton poussoir sert de marqueur. On verra ses utilisations.

- Deux autres sélecteurs à 3 positions servent à sélectionner un numéro de fichier parmi 9. On dispose donc de 9 fichiers de fauchage ou d'enregistrements de parcours pour 9 champs différents.

- Un sélecteur à 3 positions est dédié à la commande de la barre de coupe. Une position OFF, une position ON, une position commande programmée.

- Afficheur deux lignes

- un sélecteur 3 positions pour définir 3 affichages différents

- une LED qui indique l'état du GPS. LED éteinte, pas de GPS. LED clignotante lentement, GPS sans corrections RTK. LED clignotante rapide, corrections RTK reçues. LED allumée, verrouillage GPS sur la plus grande précision.

 Enfin, '''la manette de commande''' manuelle est munie de deux sélecteurs à 3 positions. Celui de gauche commande la roue gauche, celui de droite commande la roue droite.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_TableauDeBord.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_manette_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 2 /4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode pilotage manuel (GPS non nécessaire)'''

Après mise ON et sélection de ce mode avec le sélecteur de mode, le pilotage de la machine se fait avec la manette de commande.

Les deux sélecteurs à 3 positions ont un ressort de rappel qui les ramène toujours en position milieu, correspondant à l'arrêt des roues.

Quand on pousse les leviers de gauche et de droite vers l'avant les deux roues arrière tournent et la machine va tout droit.

Quand on tire les deux leviers en arrière, la machine recule tout droit.

Quand on pousse un levier vers l'avant, la machine tourne autour de la roue arrêtée.

Quand on pousse un levier vers l'avant et l'autre vers l'arrière, la machine tourne autour d'elle-même, en un point situé au milieu de l'axe joignant les roues arrière.

La motorisation de la roue avant s'ajuste automatiquement en fonction des deux commandes passées sur les deux roues arrière.

Enfin, dans le mode manuel on peut également faucher de l'herbe. Pour cela, après avoir vérifié que personne ne se trouve à proximité des disques de coupe, on met ON le boîtier de gestion de la barre de coupe (interrupteur "hard" pour la sécurité). On place ensuite le sélecteur de coupe du tableau de bord sur ON. A cet instant les 4 disques de la barre de coupe se mettent en rotation.</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 3/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode enregistrement de parcours (GPS nécessaire)'''

- Avant de commencer à enregistrer un parcours, on définit arbitrairement un point de référence pour le champ et on le marque par un petit piquet. Ce point sera l'origine des coordonnées dans le repère géographique (photo)

- On sélectionne ensuite le numéro de fichier dans lequel le parcours va être enregistré, grâce aux deux sélecteurs du tableau de bord.

- On met la base ON

- On vérifie alors que la LED d'état GPS se met à clignoter rapidement.

- On quitte le mode manuel en plaçant le sélecteur de mode du tableau de bord sur la position enregistrement.

- On amène alors la machine manuellement à la position du point de référence. Précisément c'est l'antenne GPS qui doit se trouver au dessus de ce repère. Cette antenne GPS est située au dessus du point centré entre les deux roues arrière et qui est le point de rotation de la machine sur elle-même.

- On attend que la LED donnant le statut du GPS soit maintenant allumée sans clignotement. Cela indique que le GPS est à sa précision maximum ("Fix" GPS).

- On marque la position origine 0,0 en appuyant sur le BP marqueur du tableau de bord.

- On se dirige alors vers le point suivant que l'on veut cartographier. Dès qu'il est atteint, on le signale à l'aide du marqueur.

- Pour mettre fin à l'enregistrement on repasse en mode manuel.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_enregistrement.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Mode d'emploi ( 4/4 )</translate>
|Step_Content=<translate>'''Mode fauchage (GPS nécessaire)'''

Il faut d'abord préparer le fichier de points que la machine doit parcourir pour faucher tout le champ sans laisser de surface non coupée. Pour cela on récupère le fichier enregistré dans la carte mémoire et à partir de ces coordonnées, à l'aide par exemple d'Excel, on génère une liste de points comme sur la photo. Pour chacun des points à atteindre on indique si la barre de coupe est ON ou OFF. Comme c'est la barre de coupe qui consomme le plus de puissance (de 50 à 100 Watts suivant l'herbe), il faut veiller à couper la barre de coupe lors de la traversée d'un champ déjà fauché par exemple.

La carte de fauchage étant générée, on remet la carte mémoire sur son shield dans le tiroir de commande.

Il ne reste plus alors que mettre ON la base et se rendre sur le champ à faucher, juste au dessus du repère de référence. On met ensuite le sélecteur de mode sur "Fauchage".

A ce moment la machine attendra toute seule le verrouillage GPS RTK en "Fix" pour faire une mise à zéro des coordonnées et commencer à faucher.

Lorsque le fauchage sera terminé, elle reviendra seule au point de départ, avec une précision d'une dizaine de centimètres.

Pendant le fauchage, la machine se déplace en ligne droite entre deux points consécutifs du fichier de points. La largeur de coupe est de 1,1 mètre. Comme la machine a une largeur entre roues de 1 mètre et peut tourner autour d'une roue (voir video), il est possible de faire des bandes de fauchage contiguës. C'est d'une grande efficacité !

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_fauchage.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie mécanique</translate>
|Step_Content=<translate>'''La structure du robot'''

Le robot est construit autour d'une structure en treillis de tubes d'aluminium, ce qui lui confère une bonne rigidité. Ses dimensions sont environ de 1.20 mètre de long, 1 mètre de large et 80 cm de haut.

'''Les roues'''

Elle peut se déplacer grâce à 3 roues de vélo enfant de diamètre 20 pouces: Deux roues arrière et une roue avant semblable à la roulette des chariots de supermarché (photos 1 et 2). C'est le mouvement relatif des deux roues arrière qui assure son orientation.

'''Les moteurs à galet'''

A cause des irrégularités de terrain, il est nécessaire de disposer de couples importants et donc d'un grand rapport de réduction. Dans ce but j'ai utilisé le principe de galet appuyant sur la roue, comme sur un solex (photos 3 et 4). La réduction importante permet de garder la machine stable dans une pente, même lorsque l'on coupe l'alimentation des moteurs. En contrepartie, la machine avance lentement (3 mètres / minute)...mais l'herbe pousse lentement....

On peut noter que les 3 roues sont motorisées avec des moteurs à galet. La motorisation de la roue avant permet d'éviter le blocage de cette roue directrice lorsqu'elle tombe dans un creux important.

Pour la conception mécanique j'ai utilisé le logiciel de dessin OpenScad (logiciel à scripts très efficace). En parallèle pour les plans de détail j'ai utilisé Drawing de OpenOffice. 

Enfin voici la liste de sites où les différents éléments mécaniques ont été achetés:

[https://wikifab.org/images/e/e4/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ListeMeca.pdf]</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_illustration.png
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RoueAvant.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_MoteurGalet_.png
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>'''GPS simple'''

Le GPS simple (photo 1), celui qui est dans notre voiture n'a une précision que de quelques mètres. Si on enregistre la position indiquée par un tel GPS maintenu fixe pendant une heure par exemple, on va observer des fluctuations de plusieurs mètres. Ces fluctuations sont dues à des perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère, mais aussi à des erreurs d'horloge des satellites et des erreurs de meure du GPS lui-même. Il ne convient donc pas pour notre application.

'''GPS RTK'''

Afin d'améliorer cette précision, on utilise deux GPS situés à une distance inférieure à 10 Km (photo 2). Dans ces conditions, on peut considérer que les perturbations de l'atmosphère et de la ionosphère sont identiques sur chaque GPS. Ainsi la différence de position entre les deux GPS n'est plus perturbée (différentiel). Si maintenant on fixe un des GPS (la base) et si on place l'autre sur un véhicule (le rover), on obtiendra précisément le déplacement du véhicule par rapport à la base sans perturbations. De plus ces GPS effectuent une mesure de temps de vol beaucoup plus présise que les GPS simples (mesures de phase sur la porteuse).

Grâce à ces améliorations, on obtiendra une précision de mesure centimétrique pour le déplacement du rover par rapport à la base.

C'est ce système RTK (Real Time Kinematic) que nous avons choisi d'utiliser.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RTKpage9.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>J'ai acheté 2 circuits GPS RTK (photo 1) à la société Navspark.

Ces circuits sont montés sur un petit circuit imprimé équipé de broches au pas de 2.54 mm qui se monte donc directement sur les plaques d'essai.

Comme le projet est localisé dans le sud-ouest de la France, j'ai choisi des circuits travaillant avec les constellations de satellites américains GPS ainsi que la constellation russe Glonass.

Il est important d'avoir le maximum de satellites afin de bénéficier de la meilleure précision. Dans mon cas, j'ai couramment entre 10 et 16 satellites.

On doit également acheter

- 2 adaptateurs USB, nécessaire pour relier le circuit GPS à un PC (tests et configuration)

- 2 antennes GPS + 2 câbles adaptateurs

- une paire d'emetteurs-récepteurs 3DR afin que la base puisse émettre ses corrections vers le rover et le rover les recevoir.

Ci-joint la liste des achats avec des liens internet vers les revendeurs:

[https://wikifab.org/images/a/ad/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Liste_GPS.pdf]

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_GPS_RTK.jpg
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}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le GPS RTK (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>La notice du GPS que l'on trouve sur le site de Navspark permet de mettre en œuvre progressivement les circuits.

http://navspark.mybigcommerce.com/content/NS-HP-GL-User-Guide.pdf

Sur le site de Navspark on trouvera également

- le logiciel à installer sur son PC Windows pour visualiser les sorties des GPS et programmer les circuits en base et en rover.

- Une description du format des données GPS (phrases NMEA)

Tous ces documents sont en anglais mais ils sont relativement faciles à comprendre. Dans un premier temps, la mise en œuvre se fait sans le moindre circuit électronique grâce aux adaptateurs USB qui fournissent également toutes les alimentations électriques.

La progression est la suivante:

- Test des circuits individuellement qui fonctionnent comme des GPS simples. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité de quelques mètres.

- Programmation d'un circuit en ROVER et l'autre en BASE

- Constitution d'un système RTK en reliant les deux modules par un simple fil. La visualisation en nuage de ponts montre une stabilité relative ROVER/BASE de quelques centimètres !

- Remplacement du fil liant BASE et ROVER par les émetteurs-récepteurs 3DR. Là encore le fonctionnement en RTK permet une stabilité de quelques centimètres. Mais cette fois BASE et ROVER ne sont plus reliés par un lien physique.....

- Remplacement de la visualisation PC par une carte Arduino programmée pour recevoir les données GPS sur une entrée série... (voir plus bas)

Nota: Sur les photos fournies à l'étape 2 on voit que le GPS du rover se trouve au sommet d'un mât. C'est une précaution que j'avais prise pour éviter les effets d'écran de mon corps près de la machine lors de la mise au point. En fait, cette précaution n'est plus utile lorsque la mise au point est terminée et que le rover évolue seul sans présence humaine autour.

 </translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (1/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Un GPS ne donne que sa propre position dans le repère géographique sans aucune indication de direction. Cela ne suffit pas pour se diriger efficacement vers un autre point à atteindre, comme le suggère la figure 1.

L'idée qui vient naturellement est d'adjoindre une boussole à ce GPS. Dans ce cas il sera nécessaire de caler l'indication de la boussole avec le repère géographique.

Comme le montre également la figure 1, on peut aussi remplacer la boussole par un GPS additionnel. Dans ce cas la différence de position entre les deux GPS permet de calculer directement l'orientation par rapport au repère géographique, sans soucis de recalage de repères. Je n'ai pas choisi cette solution par souci d'économie.

La boussole que j’ai utilisée est la CMPS11. Actuellement ce modèle est remplacé par la CMPS12, basée sur un circuit BNO055, qui est très proche. [http://www.robot-electronics.co.uk/files/cmps12.pdf cmps12.pdf (robot-electronics.co.uk)]

J’ai monté cette boussole sur ma machine en orientant vers l’avant la direction « HEADING » fournie par la documentation. La figure 2 montre alors comment est la lecture de la boussole en fonction de l’orientation de la machine. Le Nord est le nord magnétique, celui indiqué par une boussole à aiguille magnétique.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationBesoinBoussole.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoussoleOrientation.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (2/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Pourquoi "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

Le repère dans lequel le GPS donne les positions est le repère géographique basé sur l'axe de rotation de la terre. Dans ce repère, la direction +Y (figure 1) correspond au Nord géographique. Un déplacement le long de cet axe vers +Y correspond à une augmentation pure de la latitude. De même un déplacement vers +X correspond à une augmentation pure de la longitude Est.

En comparaison, la boussole indique le Nord magnétique qui est en général décalé d'une valeur variable dans le temps, la déclinaison magnétique ([https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9clinaison_magn%C3%A9tique_terrestre Déclinaison magnétique terrestre — Wikipédia (wikipedia.org)]). Actuellement cette différence entre Nord géographique et Nord magnétique est de l'ordre du degré.

Actuellement, la boussole étant montée avec HEADING vers l’avant, lorsque la machine se déplace vers le Nord géographique (+Y) on peut s’attendre à une indication de la boussole proche de 0 – 255.

En réalité il n’en est pas tout à fait ainsi pour plusieurs raisons :

- Des offsets dus à la déclinaison magnétique et à l’erreur de calage en rotation de la boussole sur la machine.

- des variations plus ou moins cycliques sans doutes dues aux perturbations magnétiques des différents moteurs. (voir la suite).

C'est donc la raison pour laquelle il faut établir expérimentalement une relation entre les indications de la boussole et les directions dans le repère du GPS.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBousssole_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La boussole (3/3)</translate>
|Step_Content=<translate>Comment "caler" les indications de la boussole sur le repère GPS ?

On utilise pour cela le mode enregistrement de parcours (voir étape 5), en faisant se déplacer la machine selon un certain nombre de rayons couvrant la totalité de l’azimut de 360°. Des repères au sol permettent de se guider afin d’assurer un pilotage manuel en ligne droite.

La figure 1 montre par exemple ce que j’ai fait obtenu avec ma machine après fixation de la boussole dans sa position définitive. Toutes les 3 seconde, sont enregistrées une valeur position GPS et une valeur boussole.

On peut alors simplement représenter ces positions GPS traduites en mètres dans le repère XY géographique et en même temps porter la valeur moyenne des valeurs boussole obtenues lors du parcours de chaque rayon.

Toutes ces valeurs peuvent être écrites selon deux colonnes:

- celle des angles calculés dans le repère XY pour atteindre un point choisi (par exemple 110.6)

- celle des indications boussole que l'on aura si la machine se dirige vers ce point (par exemple 230)

Il ne reste plus qu' à trouver la fonction qui va nous faire passer des angles dans le repère géographique GPS aux indications de la boussole. C'est ce que réalise la fonction '''boussole (angle)''' dont le programme est donné sur la figure 2. Dans l'exemple donné, on peut vérifier que l'on retrouve bien les indications boussole à mieux que 2 LSB

La valeur '''but =''' '''boussole (angle)''' est ensuite utilisée par les fonctions de rotation de la machine (figure 3).</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_IllustrationsBoussole_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionBoussole.bmp
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_FonctionRotationRoue.bmp
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe de navigation avec GPS et boussole</translate>
|Step_Content=<translate>Le déplacement de la machine se fait de WP en WP selon des lignes droites.

Au départ d'un WP, la boussole indique la direction du prochain WP à atteindre. Cependant, afin d'éviter

- les erreurs de direction qui croissent avec la distance parcourue

- les dérives latérales par glissement (en situation de dévers)

des points intermédiaires situés sur la droite joignant les deux WP sont calculés. Ces points intermédiaires sont situés à environ deux mètres à l'avant de la machine, comme montré sur la figure 1.

Ensuite, à chaque position courante de la machine P(x,y) on calcule l''''angle''' (par rapport à Xgéo) nécessaire pour atteindre ce point intermédiaire. On calcule également l'indication de la boussole correspondant à cet angle, '''but_boussole'''. C'est à ce moment que sert la boussole "calibrée" par rapport au repère géographique. La machine tourne jusqu'à ce que l'indication de la boussole soit égale à '''but_boussole.''' Ainsi la machine pointera vers le point intermédiare, quelle que soit l'orientation de départ de la machine.

Les calculs de ces points intermédiaires et de l'angle de correction sont explicités dans : [https://wikifab.org/images/6/6d/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeSuiviLigne_3.pdf]

Ce principe de navigation donne de très bons résultats. Lors de tests, j'ai déplacé latéralement la machine de 50 cm et j'ai pu constater qu'elle réagissait rapidement pour rallier la ligne des WP (voir figure 2).

Si la machine était munie de capteurs de distance à l'avant (ce n'est pas le cas actuellement) on pourrait facilement lui faire contourner un obstacle et revenir ensuite automatiquement sur la ligne des WP.

La simulation de la figure 2 montre cependant que les erreurs boussole se traduisent par des écarts de position par rapport à la ligne des WP.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeNavigation_3.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RetourSurTrace.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Principe d'asservissement sur la ligne des WP</translate>
|Step_Content=<translate>Ce système n'est pas implanté dans la machine actuelle. J'ai fait des simulations qui montrent que grâce à cet asservissement on pourrait compenser les écarts de position induits par les erreurs de la boussole.

La figure 1, montre qu'une erreur boussole de l'ordre de 5° peut introduire une erreur de suivi de ligne de presque 9 cm. C'est dommage car on gaspille ainsi la précision du GPS pourtant proche de 2 cm.

La figure 2 explique un principe d'asservissement PID qui permettrait de verrouiller le robot sur la ligne des WP, même en cas d'imprécision de la boussole.

La figure 3 explique le calcul de la distance d du robot nécessaire au calcul de la position.

La figure 4 montre la simulation de cette correction avec ce principe d'asservissement: Les erreurs sont maintenant bien réduites et du même ordre que les erreurs de position du GPS.

La figure 5 montre qu'il faudra ajuster les coefficients de la correction PID intégral afin de limiter les oscillations intempestives.

En conclusion, en combinant un asservissement angulaire avec la boussole et un asservissement de position par rapport à la ligne suivie, on bénéficie à la fois d'une grande efficacité et d'une très bonne précision liée au GPS RTK. Je recommanderais donc à ceux qui construisent leur propre robot, de l'implanter dans leur logiciel.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_PrincipeAsservissement_.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_CalculPositionRobot.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_1_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Les deux types de virages</translate>
|Step_Content=<translate>Deux types de virages sont définis (figure 1):

- virages autour du centre situé entre les deux roues arrière

- virage autour d'une roue, soit la roue gauche pour tourner à gauche, soit la roue droite pour tourner à droite

Les fonction boussole() est expliquée à l'étape 13.

Le virage autour du centre est d'usage général. Il peut cependant être utilisé pour parcourir une grille de fauchage en bandes contigües (figure 2). Tous les points doivent être atteints les uns après les autres, comme le montre la figure 2..

Toutefois le virage autour d'une roue est mieux adapté pour réaliser précisément des bandes contiguës pendant le fauchage (figure 3). Par rapport au virage autour du centre, il s'avère plus précis et plus fluide. Par contre ici l'un des points en bout de ligne est omis, car inutile (N=N+1 dans le programme).

Enfin, le virage autour d'une roue est aussi utilisé pour réaliser les petites corrections angulaires lors du trajet entre deux WP, afin de pointer vers le point intermédiaire situé au devant de la machine (figure 4). Là aussi c'est une correction beaucoup plus fluide que si RotationCentre était utilisée.

 </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Rotations_2.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotCentre_.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_1_.jpg
|Step_Picture_03=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_RotRoue_2.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (1/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''Le boîtier de commande électrique'''

La photo 1 montre les principales cartes du boîtier de commande qui vont être détaillés ci-dessous.

'''Câblage du GPS'''

Les câblages des GPS de la base et de la faucheuse sont donnés sur la figure 2.

On arrive naturellement à ce câblage si on suit la progression de la notice des GPS (voir partie GPS). Dans tous les cas on note la présence de l'adaptateur USB qui permet de programmer les circuits soit en base, soit en rover grâce au logiciel sur PC fourni par NavSpark. Grâce à ce programme, on a également toute les informations de position, nombre de satellites, etc...

Dans la partie faucheuse, la broche Tx1 du GPS est reliée à l'entrée série 19 (Rx1) de la carte ARDUINO MEGA pour recevoir les phrases NMEA (figure 3).

Dans la base la broche Tx1 du GPS est envoyée sur la broche Rx de la radio 3DR pour l'envoi des corrections. Dans la faucheuse les corrections reçues par la radio 3DR sont envoyées sur la broche Rx2 du circuit GPS.

On note que ces corrections et leur gestion sont intégralement assurées par les circuits GPS RTK. Ainsi, la carte Aduino MEGA ne reçoit que des valeurs de position corrigées.

 Nota: Le câblage montré ici est celui d'une maquette de labo. Même si ce câblage a permis de tester la machine en conditions réelles avec les vibrations, il est évidemment souhaitable d'en concevoir une version plus durable avec circuits imprimés.</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BoitierElec.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_BaseRover.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_NMEA.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Partie électrique (2/2)</translate>
|Step_Content=<translate>'''La carte Arduino MEGA et ses shields'''

- Carte arduino MEGA

- Shield Moteurs roues arrière

- Shield Moteur roue avant

- Shield arte SD

Sur la figure 1, on note que l'on a mis des connecteurs intercalaires entre les cartes pour que la chaleur dissipée dans les cartes moteur puisse s'évacuer. De plus, ces intercalaires permettent de couper des liaisons non désirées entre les cartes, sans avoir à les modifier.

Les figures 2 et 3 montrent comment sont lues les positions des inverseurs du tableau de bord et de la manette de commande.

Et enfin on trouvera le câblage de l'afficheur ici:

[https://wikifab.org/images/7/71/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_brochage_afficheur_LCM1602C.pdf] </translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Empilement.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Brochage_Mega.jpg
|Step_Picture_02=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Tableau_.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Le programme de pilotage Arduino</translate>
|Step_Content=<translate>La carte microcontrôleur est une Arduino MEGA (UNO n'ayant pas assez de mémoire). Le programme de pilotage est très simple et classique. J'ai développé une fonction pour chaque opération élémentaire à effectuer (lecture tableau de bord, acquisition des données GPS, affichage LCD, commande d'avance ou de rotation de la machine, etc...). Ces fonctions sont ensuite utilisées facilement dans le programme principal. La vitesse lente de la machine (3 mètres / minute) facilite grandement les choses.

Par contre, la barre de coupe n'est pas gérée par ce programme mais par le programme de la carte UNO qui se trouve dans le boîtier spécifique.

Dans la partie SETUP du programme on trouve

- les initialisations de pins utiles de la carte MEGA en entrées ou sorties

- l'initialisation de l'afficheur LCD

- l' initialisation carte mémoire SD

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série hardware vers le GPS

- l' initialisation de la vitesse de transfert de l'interface série vers l'IDE

- l' arrêt des moteurs et de la barre de coupe

Dans la partie LOOP du programme on trouve au début

- les lectures du tableau de bord et de la manette, du GPS, de la boussole et des accéléromètres

- un sélecteur à 3 dérivations, suivant l'état du sélecteur de modes du tableau de bord (manuel, enregistrement, fauchage)

La boucle LOOP est rythmée par la lecture asynchrone du GPS qui est l'étape la plus lente. On revient donc en début de boucle environ toutes les 3 secondes.

Dans la dérivation mode normal, la fonction de déplacement est commandée en fonction de la manette et l'affichage est mis à jour environ toutes les 3 secondes (position, état GPS, direction boussole, inclinaison...). Un appui sur le BP marqueur met à zéro les coordonnées de position qui seront exprimées en mètres dans le repère géographique.

Dans la dérivation mode enregistrement, toutes les positions mesurées pendant le déplacement sont enregistrées sur la carte SD (période d'environ 3 secondes). Lorsque un point d'intérêt est atteint, l'appui sur le marqueur est enregistré. dans la carte SD. La position de la machine est affichée toutes les 3 secondes, en mètres dans le repère géographique centré sur le point origine.

 
Dans la dérivation mode fauchage: La machine a préalablement été amenée au dessus du point de référence. Au basculement du sélecteur de mode sur "fauchage", le programme observe les sorties GPS et en particulier la valeur du flag d'état. Lorsque le flag d'état passe en "Fix", le programme effectue la mise à zéro de la position. Le premier point à atteindre est alors lu dans le fichier fauchage de la mémoire SD. Quand ce point est atteint, le virage de la machine se fait comme indiqué dans le fichier fauchage, soit autour d'une roue, soit autour du centre des deux roues - Voir les explications du paragraphe 15 -

Le processus se répète jusqu'à ce que le dernier point soit atteint (en général point de départ). A ce moment le programme met la machine et la barre de coupe à l'arrêt.

Le fichier du programme de pilotage SW_Faucheuse_pilotage_V2.ino se trouve ici : [[:Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino|Faucheuse guid e par GPS RTK SW Faucheuse pilotage V2.ino]]

Pas mal de commentaires ont été mis mais il est possible d’en rajouter en fonction des demandes d’explications.

Pour examiner ou éditer le fichier .ino de façon plus agréable qu’avec l’éditeur Arduino on peut utiliser l’éditeur Notepad++ ([https://notepad-plus-plus.org/ Notepad++ (notepad-plus-plus.org)] ).

Ci-dessous un exemple de fichier de fauchage:[https://wikifab.org/images/f/f2/Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ExempleFichierFauchage.txt]</translate>
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>La barre de coupe et sa gestion</translate>
|Step_Content=<translate>La barre de coupe est constituée par 4 disques tournant à la vitesse de 1200 tr/ minute. Chaque disque est muni de 3 lames de cutter escamotables. Ces disques sont disposés de façon à réaliser une bande de coupe continue de 1.2 mètre de large.

Les moteurs doivent être contrôlés de façon à limiter le courant

- au démarrage, à cause de l'inertie des disques

- lors de la coupe, à cause des blocages par trop d'herbe

Pour cela on mesure le courant dans le circuit de chaque moteur grâce à des résistances bobinées de faible valeur. La carte UNO est câblée et programmée pour mesurer ces courants et envoyer une commande PWM adaptée aux moteurs.

Ainsi, au démarrage, la vitesse augmente progressivement jusqu'à sa valeur maxi en 10 secondes. En cas de blocage par de l'herbe, le moteur s'arrête pendant 10 secondes et refait une tentative de relance pendant 2 secondes. Si le problème persiste, le cycle de 10 secondes de repos et 2 secondes de relance recommence. Dans ces conditions, l'échauffement du moteur reste limité, même en cas de blocage permanent.

Les moteurs se mettent en route ou s'arrêtent lorsque la carte UNO reçoit le signal envoyé par le programme de pilotage. Cependant un interrupteur hard permet de couper le courant de façon fiable pour sécuriser les opérations de maintenance</translate>
|Step_Picture_00=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Barre.jpg
|Step_Picture_01=Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_ElectroniqueBarreDeCoupe.jpg
}}
{{Tuto Step
|Step_Title=<translate>Quelle suite donner ? Quelles améliorations ?</translate>
|Step_Content=<translate>'''Ajouter Galileo à GPS et Glonass'''

La végétation (arbres) peut limiter le nombre de satellites en vue du véhicule et réduire la précision ou empêcher le verrouillage RTK. On a donc intérêt à utiliser le maximum de satellites simultanément. Il serait donc intéressant de compléter les constellations GPS et Glonass par la constellation Galileo.

On devrait pouvoir bénéficier ainsi de plus de 20 satellites au lieu de 15 au maximum, ce qui permet de mieux s'affranchir de l'écrantage par la couverture végétale.

Il commence à exister des circuits travaillant simultanément avec ces 3 constellations:

- Navspark a sorti un circuit "identique" à celui que j'ai utilisé, mais avec Galilleo en supplément (photo 1) (http://navspark.mybigcommerce.com/ns-hp-gn2-px1122r-multi-band-quad-gnss-rtk-breakout-board/)

- Il existe aussi des shields très compacts (phot 2) qui incluent à la fois le circuit GPS et l'émetteur-récepteur sur le même support

https://www.ardusimple.com/product/simplertk2b-starter-kit-mr-ip65/

....Mais le prix est bien supérieur à celui des circuits que nous avons utilisés ici.

'''Compléter le GPS par de l'odométrie et par un LIDAR'''

Malheureusement, en arboriculture il arrive que la couverture végétale soit très importante (champ de noisetiers par exemple). Dans ce cas, même avec les 3 constellations il se peut que le verrouillage RTK ne soit pas possible.

Il faut donc introduire un capteur qui permettrait de conserver la position même en l'absence momentanée de GPS.

'''L'utilisation de l'odométrie''' est une solution simple pour suppléer à la perte du GPS. Son principe consiste à mesurer précisément la rotation des deux roues motrices pour en déduire le trajet de la faucheuse. Malheureusement la précision est limitée par tous les petits glissements des roues par rapport au sol. Je suis en train de tester cette solution en situation de terrain réelle.

'''L'utilisation d'un LIDAR''' pourrait également permettre de se repérer dans un verger. Son principe repose sur le balayage du plan horizontal par un faisceau laser émis par une tourelle. Au cours de ce balayage, la distance à tous les objets interceptés est mesurée . Les troncs des arbres sont très faciles à repérer dans ce cas par le faisceau laser et peuvent servir à observer la marche du robot. Voici par exemple un type de LIDAR qui pourrait convenir pour des conditions extérieures (photo3): https://www.robotshop.com/eu/fr/telemetre-laser-360-rplidar-40m.html

Dans les deux cas le GPS reprendrait sa fonction en bout de rangée, au sortir de la couverture végétale. </translate>
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Fichier:Faucheuse guid e par GPS RTK Compensation 1 .jpg

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Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_Compensation_1_

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2023-09-10T06:51:17Z

Occitan : Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_

Faucheuse_guid_e_par_GPS_RTK_EffetOffsetBoussole_