Ce projet est mené dans le cadre d'un TIPE, Travail d'Initiative Personnel Encadré, réalisé en CPGE : Classe Préparatoire aux Grandes Ecoles.
1. À propos de mes objectifs
Je souhaite monter un système mettant en avant les performances des moteurs ioniques de type "électrostatique à grille". Ces travaux seront présentés lors de mon oral au concours des écoles d'ingénieur, au mois de juin ou juillet 2016. Je dispose donc à l'heure ou j'écris ces lignes, d'un peu plus d'un an pour mener ce projet à terme.
Plusieurs motivations sont à l'origine de ce blog :
- Le partage des informations et des résultats de mes expériences ; éléments qui serviront, je pense bien, un jour à quelqu'un.
- La création d'un recueil, d'une sorte de cahier du projet, afin de conserver les détails de mes expériences. Détails que je risquerais autrement d'oublier un jour. Et pourquoi garder ce cahier caché lorsque sa publication pourrait aider quelqu'un ?
- La réception de critiques, conseils, avis, questions pertinentes de la part d'internautes avisés qui pourrait m'apporter une aide précieuse, ou que je pourrais aider de mon mieux.
Le thème officiel des TIPE 2015/2016 : "Structures : organisation, complexité, dynamique" est tombé en février 2015, quelques mois après que j'ai commencé à lancer les premiers jets de mon projet (j'estimerais que celui-ci à commencé en octobre/novembre 2014). J'ai été ravi de voir que ceux-ci concordaient plutôt harmonieusement.
2. À propos de la réalisation du projet
- Pour ce qui est de la structure : je tend vers la conception via imprimante 3D (via solidworks) d'une structure accueillant :
> De petites alvéoles en forme d'éprouvette pour accueillir le liquide ionique
> Au dessus de chacune : un tube capillaire, probablement de type aiguille chirurgicale, dont la conductivité m'assurera de relier le liquide à la masse.
> Les grilles d'accélérations et extractions placées au dessus des tubes capillaires, dans le but d'arracher, du ménisque de la solution, les particules chargées. Ces particules seront ensuite accélérées pour générer par principes d'action/réaction une force de poussée.
- Banc de test
Mon lycée possède une pompe à vide à palette permettant d'atteindre une qualité de vide de l'ordre du millibar, je songe à réaliser un banc de test similaire à celui mis en place par le MIT pour la mesure de la force généré par ses propulseurs, dont voici
une vidéo de démonstration. C'est à dire que j'observerais la vitesse de rotation de la structure autour d'une liaison pivot de très faible frottement (plutôt que le système précis mais lourd du MIT par suspension magnétique, pourquoi pas un contact aiguille-verre, comme pour les
radiomètres de Crookes).
Bien entendu les propulseurs seront excentrés par rapport à l'axe de rotation.
De l'évolution de cette vitesse je compte obtenir la valeur de l'accélération de la structure, puis par la connaissance des cotations, masses (inerties), et par évaluation des frottements, obtenir la force de poussée des propulseurs.
Je souhaite pouvoir effectivement observer une rotation du système, en espérant qu'une force soit bien généré et celle-ci suffisamment élevé pour mouvoir la structure malgré les frottements subsistants.
L'acquisition de cette vitesse pourrait être réalisé à l'aide d'une simple analyse vidéo (mise en place d'une graduation sur la structure, puis analyse informatique image par image). Je pense bien que cette acquisition de valeur semble des plus imprécises, cependant l'élément essentiel pour moi (et les jurés de mon concours je le crois) sera la mise en mouvement de la structure. Mon étude tendra vers la conception d'un démonstrateur expérimental, fonctionnel et conduisant par la suite à une évaluation de l'ordre de grandeur des forces générés.
- Système électrique
Dans le but d'accélérer les ions chargés positivement et négativement, encore une fois à l'instar du système développé par le MIT, je compte appliquer alternativement une tension de +1000V et -1000V au niveau de la grille d'accélération (un peu moins pour la grille d'extraction). La duré de chaque impulsion m'est encore à déterminer.
Pour ce qui est de la création de cette haute tension à partir d'une source de tension bien plus basse, que ma structure pourrait contenir (une pile 9V peut être), j'ai songé à l'utilisation d'un pont de Greinacher, aussi appelé multiplicateur de tension cascade.
Sinon, des transformateurs très haute tension sont disponible au labos, mais la rigidité des câbles et leur dangerosité excessive (ampérage potentiellement très élevé) m'encouragent à assembler mon propre circuit élévateur de tension. En prenant bien entendu toutes les précautions de rigueur.
- Liquide ionique
Mon lycée ne possède tout simplement pas ce type de produit, mais serait prêt à y investir une somme raisonnable, j'ai donc commencé quelques recherches en ce sens. Au vu des prix de quelques grammes d'EMI-BF4, je tend également et surtout à trouver des liquides de substitutions, des solutions ioniques pourraient m'être suffisantes. Mes recherches n'ont pas encore abouties.
Aussi, après quelques tests, si j'obtiens des résultats avec simplement de l'eau salée, chargée en effet d'ions Cl- et Na+ en solution aqueuse, ou en s'affranchissant de cette dernière avec une simple solution de soude (Cl- et Na+ seulement), cela me conviendrait parfaitement. Je me permet quelques doutes cependant sur les performances de tels produits (pourquoi les autres projets étudiant ce type de propulseur ne les auraient-ils pas utilisés ?)
Autant de problème auxquelles je m’efforcerais de répondre le long des mois qui me séparent du jour J.
Je tiens à remercier Mr Gregory Emsellem, CEO de The Elwing Company, Mr François Terrillon, Mme C. Aynié et les personnes en charge du labo de physique de La Martinière Monplaisir pour l'aide qu'ils m'ont déjà apportée.
À très bientôt
Paul Asquin
