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Une amie m'a lancé un petit défi : « Saurais-tu me faire une pendule qui fonctionne à l'eau ? » Hé bien oui ! Et c'est un jeu d'enfant ! Il y a 50 ans, quand j'étais en apprentissage, je connaissais déjà ce principe très simple... Je vais vous l'expliquer.

L'idée de cette réalisation est de la réaliser soi-même avec des matériaux de récupération, et de comprendre son principe de fonctionnement, c'est très éducatif pour les petits comme pour les grands, et quel plaisir de faire un objet utilitaire de ses propres mains !

Vous pouvez personnaliser l'ensemble, avec des objets de récupération pour confectionner une horloge à votre goût, voici quelques modèles de ma création :

 

Ci-dessus, modèle simplifié dans un but éducatif (pour l'école primaire de mon village) 

Horloge a eau écologique

Modèle africain

Modèle Africain

Modèle musique classique

Modèle Musique Classique

 


Les origines de ce système. 

Il fallait y penser et pourtant le principe est vieux comme le monde:

Le principe qui permet d'alimenter cette horloge avec juste un peu d'eau provient de l'électrolyse. Ce procédé a été réalisé pour la première fois le 2 mai 1800 par deux chimistes britanniques: William Nicholson (1753-1815) et Sir Anthony Carlisle (1768-1840). L'un des effets provoqué par le procédé d'électrolyse s'appelle la réaction Redox, diminutif d'oxydo-réduction. C'est une réaction électrochimique, et dans le cas de notre pile, elle se produit entre le zinc, l'eau et le cuivre, transférant les électrons et alimentant ainsi l'horloge.

 

Comment fonctionne l'horloge à eau ?

La méthode de l'électrolyse permet d'obtenir des réactions chimiques à partir d'activations électriques. Il suffit de plonger dans l'eau 2 électrodes faites de matériaux spéciaux et d'alimenter le tout pour l'obtenir. La réaction REDOX, quant à elle, permet d'obtenir des mouvements d'électrons (donc d'électricité) à partir de réactions chimiques.

En sachant cela, il devient donc relativement aisé de fabriquer soit même une telle horloge, en effet, il suffit de plonger une électrode de cuivre (la cathode qui est le pôle positif), et une électrode de zinc (l'anode donc le pôle négatif) dans un récipient en plastique ou en verre rempli d'eau qui soit suffisamment minéralisée (pour conduire au mieux l'électricité). La lame de cuivre attire les électrons libérés par la lame de zinc. Ces électrons passent par les fils du circuit externe (l'horloge). Comme le cuivre reçoit des électrons, des ions libres positifs de l'électrolyte viennent se fixer sur l'électrode pour équilibrer les charges. Les cations présents dans l'électrolyte (Cu2+) sont attirés par l'électrode de cuivre chargée négativement, où ils reçoivent deux électrons et deviennent neutres en se déposant sur l'électrode sous forme de métal. Les cations zinc (Zn2+) se déplacent dans l'eau. Pour chaque atome de cuivre qui se dépose sur l'électrode, un atome de zinc est passé en solution, libérant deux électrons dans le circuit et cède deux charges à son électrode. L'énergie produite est certes faible (environ 0,8 volts), mais suffit à alimenter pendant plusieurs semaines une horloge digitale, dispositif consommant très peu d'énergie

Maintenant que nous connaissons le principe, passons aux travaux pratiques !

 

Les bases pour fabriquer 1 pile à eau

  • une électrode en cuivre, (la cathode qui est l'électrode positive) et une électrode en zinc (l'anode qui est l'électrode négative),
  • un récipient en verre ou en plastique,
  • de l'eau qui ne doit pas être trop douce.

Cette pile va fournir environ 0,8 volts, et pour alimenter une petite horloge à cristaux liquides, de la taille d'une montre, pendant plusieurs semaines, il sera nécessaire d'en faire une seconde, connectée en série à la première pour obtenir la tension de 1,5 volts. Nous appellerons ce branchement 1 groupe de piles

Mais si l'on souhaite alimenter une horloge à cristaux liquides un peu plus grande, comme pour le modèle simplifié que nous allons construire, il faut augmenter l'intensité du courant, et pour cela il faut 2 groupes de piles, cités ci-dessus, que nous brancherons en parallèle. Pour une horloge analogique à aiguilles, comme les modèles Africains et Musique Classique, il faut 4 groupes de piles également branchés en parallèle.

Dans tous les cas, il faut des horloges numériques ou analogiques qui consomment le moins possible, sinon votre réalisation ne fonctionnera que quelques jours, voir quelques heures, et par manque d'énergie vous devrez changer l'eau de la pile très souvent.

 

Les matériaux récupérés, les outils et les plans pour réaliser cette pendule à eau, en photos !

Le matériel

Matériel pour l'horloge a eau

  • Électrodes la méthode la plus simple : des clous en zinc et des clous en cuivre, ou des lamelles de cuivre et de zinc (voir photo n°1).
  • Les récipients : des petits pots d'alimentation en verres (yaourts, miel, etc.).
  • Pour le maintien de l'ensemble  : 2 planches de bois 30 x 8 cm, épaisseur de 1cm, reliées par 4 vis cachées par des petits tubes plastiques ou métalliques.
  • Des joints d'étanchéité (diamètre égal à l'ouverture des pots) qui seront placés entre les pots et la planche de bois supérieure. Réalisez-les avec une vieille chambre à air.
  • Du verni qui sera appliqué sur le bois.
  • 5cm de tube plastique de diamètre 1,6 cm pour faire les 4 orifices de remplissage en eau des piles.
  • 4 bouchons de liège qui s'adapteront sur les 4 tubes de remplissage des réservoirs.
  • Une petite pendule digitale ou une pendule analogique à aiguilles (si vous avez choisi de mettre 4 groupes de piles). Si vous n'en possédez pas, vous pouvez trouver ce genre de pendule dans les magasins de matériel électronique comme Conrad Electronic par exemple.

Les outils

  • une scie
  • un pinceau
  • du papier à poncer
  • une perceuse avec les forets cités plus bas
  • des tournevis
  • un fer à souder
  • de l'étain pour les soudures

 

Au travail ! réalisez vous-même cette horloge à eau

 

Voici les étapes du modèle simplifié, réalisé pour l'école de mon village.

1  Prenez la planche de bois dédiée au dessus de la pile, posez les 4 pots - côté ouvert - sur celle ci, centrez le tout et tracez au crayon le tour de ces 4 pots

Horloge à eau faite-maison - Etape 1

 

2  Après avoir enlevé ceux-ci, tracez une ligne médiane

Horloge à eau faite-maison - Etape 2

 

3  Sur cette ligne, tracez les 8 futurs trous qui recevront les électrodes, à 5 millimètres des bords de pots, ensuite toujours sur la ligne médiane tracez les trous de remplissage en eau, au centre de chaque pot. Percez les trous des électrodes avec un diamètre légèrement plus petit que les clous de cuivre et de zinc, percez les trous de remplissage avec un foret de diamètre 16

Horloge à eau faite-maison - Etape 3

 

4  Tracez sur les 2 planches (basse et haute) les trous qui serviront à l'assemblage de celles-ci et percez avec un foret de diamètre 5

Horloge à eau faite-maison - Etape 4

 

5  Passez deux couches d'huile de lin ou de vernis sur les 2 planches, après séchage mettre les clous en zinc et cuivre en force en les plaçant suivant la photo. Coupez le tube en PVC de 16 en 4 longueurs équivalentes à l'épaisseur de la planche et du joint + 5 millimètres et enfoncez-les dans les 4 trous de remplissage en laissant dépasser 5 mm sur le dessus

Horloge à eau faite-maison - Etape 5

 

6  Soudez à l'étain les fils de connexion sur les électrodes, en suivant les indications.

Horloge à eau faite-maison - Etape 6

 

7  Placez les joints d'étanchéité entre les ouvertures des pots et la planche du dessus

Horloge à eau faite-maison - Etape 7

 

8  Assemblez le tout, en vous servant des 4 vis, que vous pouvez cacher à l'aide de petits tubes dont la longueur est équivalente à la hauteur des pots + joints, puis connectez une pendule digitale en veillant à bien brancher le plus (+) et le moins (-) de la pile sur les bornes correspondantes de l'horloge

Horloge à eau faite-maison Etape 8

 

9  Les dernières étapes :

  • Remplissez d'eau chaque récipient à 5 millimètres du bord des pots, et quelques secondes plus tard , l'horloge fonctionnera pour quelques semaines
  • Quand l'horloge faiblira, il suffira tout simplement de changer l'eau

  

Pour une horloge analogique à aiguilles, il faut une pile 4 groupes

Pile à eau

Pile à eau

Pile à eau

Horloge avec pile à eau 4 groupes

Ci-dessous la pendule de mon amie terminée, tout provient de la récupération : une pile à eau 4 groupes, un bout de tôle peint en noir, un CD, quelques petits stickers pour décorer ce CD, un mécanisme d'horloge récupéré, et beaucoup de patience et de minutie.

A noter que cette pendule a une fonction supplémentaire, grâce au capteur solaire et la partie électronique d'une petite balise de jardins, on peut recharger une pile LR6 en quelques heures (le petit panneau photovoltaïque est en façade et le chargeur est à l'arrière).

Modèle musique classique

Modèle musique classique

Arrière de l'horloge

Arrière de l'horloge

 

Un groupe d'étudiants Belges s'est inspiré de ma pendule à eau pour une expo...

En avril 2013, un groupe d'étudiants Belges a choisi de construire pour l'EXPOsciences qui se déroulait les 26 et 27 avril 2013 à Bruxelles, la pendule à eau que j'ai imaginée et créée, eh bien ils ont gagné le second prix (il y avait beaucoup étudiants à cet événement) C'est ma plus grande récompense de voir des jeunes qui s'investissent à fond dans des projets scientifiques...Voici le message que j'ai reçu de leur part et ils ont pensé à moi sur leurs affiches d'expo...

Bonsoir Frédéric,

Nous sommes super heureux ! On a gagné 2 prix : le prix Vivaqua (sponsor de l'expo (sur l'eau aqua)) grâce à celui-ci nous partons à Stockholm pour présenter notre projet lors de la Junior Water Prize international en septembre, et le prix Elia (transport d'énergie en Belgique) avec un bon culture FNAC de 20€/personne, nous sommes super contents ! Quelle expérience et quelle journée (35 jury aujourd'hui pour réévaluer notre projet qu'ils avaient retenus pour le concours et le deuxième tour). Merci à vous pour votre très précieuse aide et un énorme remerciement de la part de toute l'équipe ! Maintenant, il va falloir pousser le projet un peu plus loin (tests + élargis, retravailler le design, etc...)

Voilà pour les nouvelles, excellente soirée.

Loïc et toute l'équipe

L'équipe me remercie sur le panneau d'affichage

Expo étudiant Bruxelles

Le stand

Expo-Bruxelles

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