Lucile Baurand

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Lucile Baurand

Lucile Baurand
Etudiante en 2ème année Mesures Physiques
Promotion 2012
RAPPORT DE STAGE
11 avril – 15 juin 2012
Etude des limites physiques
d’un système de scellé
électronique
Société : Jolliet Innovation
Rue du Pommier
39 100 GEVRY
Tuteur : Jean-Michel Pfister
ABSTRACT
Lieu du stage: Société Jolliet Innovation – Gevry (39)
Date du stage: du 11 avril au 15 juin 2012
Sujet de stage: Etude de la résistance physique et électrique du circuit d’un système de scellé
Stagiaire: Lucile Baurand
Tuteur de stage: Jean-Michel Pfister
J’ai effectué mon stage durant dix semaines au sein de la société Jolliet Innovation dans le
service de production de système électronique. La principale activité de Jolliet Innovation est la
conception d’appareils électroniques.
J’ai participé au suivi du développement de la carte électronique. Pour cela, une série de
tests est réalisée afin de valider les limites du système. L’objectif de cet appareil électronique est de
permettre le suivi de l’état d’un colis c'est-à-dire de mémoriser toutes fermetures et toutes
tentatives d’ouvertures.
Mon sujet de stage est l’étude de la résistance physique et électrique du circuit de notre
système de scellé. Cette étude comprend la réalisation de procédures et d’équipements de mesure
qui permet de tester:
- La résistance mécanique
- Le comportement aux basses et hautes températures
- Le comportement dans différentes conditions hygrométriques
- Le comportement aux basses et hautes pressions
Après plusieurs recherches, j’ai mis au point des protocoles, commandé du matériel pour
réaliser mes bancs de tests et enfin j’ai effectué différents essais sur le prototype du scellé. Mais je
n’ai pas pu effectuer de tests sur une version définitive.
De plus, certains fournisseurs n’ont pas pu respecter les délais. En tenant compte de ces
retards, je n’ai donc pas pu mener à bien tout ce que je souhaitais mais j’ai parallèlement effectué
d’autres analyses toutes aussi intéressantes pour le développement de notre produit. J’ai eu
l’occasion de démarcher plusieurs entreprises et d’entrer en collaboration avec l’une d’elle.
Lucile Baurand - Etude des limites physiques d’un système de scellé électronique 2
REMERCIEMENTS
Je souhaiterais tout particulièrement remercier Monsieur Jean-Michel Pfister mon maître de
stage et responsable de la société SECA pour sa disponibilité et son aide ainsi que Monsieur JeanPierre Parizon responsable de la société Jolliet Electronique pour son soutien apporté tout au long de
mon travail.
Je remercie aussi les équipes de SECA et Jolliet Electronique pour leurs conseils et leurs
implications dans mon travail, ainsi que pour l’encadrement qu’ils m’ont apporté.
Enfin, je remercie toutes les personnes qui travaillent au sein des entreprises implantées sur les lieux
de l’aéroport de Dole/Tavaux pour leur accueil.
SOMMAIRE
Abstract ................................................................................................................................................................... 2
Remerciements ....................................................................................................................................................... 3
Introduction ............................................................................................................................................................ 6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Conditions de stage ........................................................................................................................................ 7
1.1.
L’entreprise.............................................................................................................................. 7
1.2.
Ma place dans l’entreprise ...................................................................................................... 9
Principe de fonctionnement du scellé électronique ...................................................................................... 9
2.1.
But du système ........................................................................................................................ 9
2.2.
Les appareils mis en œuvre ................................................................................................... 10
2.3.
Processus d’armement du scellé ........................................................................................... 12
2.4.
Composants électroniques du scellé ..................................................................................... 13
Recherches et analyses ................................................................................................................................ 15
3.1.
Analyse environnementale.................................................................................................... 15
3.2.
Protocole de tests face à ses contraintes .............................................................................. 17
3.3.
Instruments ........................................................................................................................... 26
3.4.
Les éléments nécessaires à mes tests ................................................................................... 28
Evolution des montages des capteurs .......................................................................................................... 32
4.1.
Montages possibles ............................................................................................................... 32
4.2.
Evolution de mes montages .................................................................................................. 33
Les tests ........................................................................................................................................................ 39
5.1.
Essais climatiques .................................................................................................................. 39
5.2.
Essais de pression .................................................................................................................. 43
5.3.
Essais hygrométriques ........................................................................................................... 45
Les Compléments de la mission ................................................................................................................... 45
6.1.
Estimation de la durée de vie de notre scellé ....................................................................... 45
6.2.
Essais sur la pile ..................................................................................................................... 48
6.3.
Mise en place d’un système informatisé dans l’étuve .......................................................... 49
Nos résultats................................................................................................................................................. 51
Conclusion ............................................................................................................................................................. 52
Lexique .................................................................................................................................................................. 53
Bibliographie ......................................................................................................................................................... 54
NB: Toutes les indexations « i » signifient qu’il existe un document relatif aux différentes parties
disponible dans les Annexes (dossier joint). Les mots en police italique indiquent les termes
expliqués dans le lexique en fin de rapport.
INTRODUCTION
Dans le cadre de ma 2ème année de DUT Mesures-Physiques à l’IUT de Montpellier, j’ai eu
l’opportunité de réaliser un stage au sein de l’entreprise Jolliet Innovation. Entreprise spécialisée
dans la fabrication d’appareils électroniques.
Passionnée depuis mon plus jeune âge par l’aéronautique, ce stage était pour moi l’occasion
rêvée de découvrir cette activité d’un point de vue professionnel. En effet, cette société travaille en
collaboration avec le monde de l’aéronautique.
L’objectif de ce stage était de faire l’étude de la résistance physique et électrique du circuit
électronique d’un système de scellé. Mon étude est orientée en particulier sur :
• La résistance mécanique
• Le comportement aux basses et hautes températures
• Le comportement dans différentes conditions hygrométriques
• Le comportement aux basses et hautes pressions
J’ai donc intégré l’entreprise le 12 avril, en charge de cette mission. Dans un premier temps,
nous décrirons l’entreprise ainsi que sa récente évolution.
Ensuite, il m’a semblé essentiel d’analyser et de comprendre le travail qui avait été réalisé
précédemment en insistant notamment sur le fonctionnement particulier de l’appareil à étudier.
Puis, nous aborderons ma mission et mes différentes réalisations en suivant l’ordre logique:
• Réaliser des protocoles de tests à effectuer
• Choisir et commander les différents composants nécessaires
• Réaliser les essais sur le prototype
Enfin, nous dresserons un bilan global de ce stage, en mettant en avant les compétences que j’ai
pu développer, et en faisant le lien avec mon projet professionnel.
1.
CONDITIONS DE STAGE
Tout d’abord, il me semble essentiel de présenter le milieu dans lequel mon stage se déroule.
1.1.
L’ENTREPRISE
Sur le site de l’aéroport de DOLE-TAVAUX siègent 5 entreprises: Air’ mana, Bourgogne Aéro Service,
Epixen, Jolliet Electronique et SECA.
1.1.1. JOLLIET ELECTRONIQUE
L’entreprise Jolliet Electronique est fondée en 1963 par Monsieur Jolliet. Par la suite, elle est reprise
par son fils.
Cette entreprise équipe l’aviation générale d’affaire et l’aviation militaire avec des produits
innovants et de qualité.
Un bref historique:
1963: Création de Jolliet Electronique.
1976: Création d'un atelier de maintenance Radio et Mécanique pour l'aviation générale.
1978: Jolliet Electronique crée la balise de détresse JE2 - JE 290.
1980: Jolliet Electronique équipe les embarcations de sauvetage avec une balise marine.
1980: Pendant plusieurs années, Jolliet Electronique équipe les concurrents du PARIS DAKAR de
balises spécifiques.
1982 à ce jour: Mise au point et réalisation de divers systèmes de recherche et de tracking.
2008: L’entreprise Jolliet Electronique est rachetée par Mr PARIZON et débute sa nouvelle activité
avec l'équipement d'un Airbus A319 VIP.
2009: Réalisation de plusieurs réseaux électriques d'aménagements VIP Airbus A319, Airbus A320 et
Airbus A330.
L’entreprise Jolliet électronique est l’une des pionnières du monde aéronautique lorsqu’elle met au
point et commercialise une gamme d'émetteurs-récepteurs VHF de communication puis en créant
ses propres systèmes de Radio Navigation.
Dès 1949: Le choix de la fréquence 121,5 MHz a été fait par l'Organisation de l'aviation civile
internationale en liaison avec ARINC et l'Union internationale des télécommunications à la suite de sa
relation en troisième harmonique avec l’ancien canal d'urgence tactiques militaires sol-air (40,5 MHz)
de l'ancienne bande aéronautique militaire VHF.
La fréquence aéronautique d'urgence 121,5 MHz en modulation d'amplitude devait être utilisée pour
la détresse et l'urgence en radiotéléphonie par les stations du service mobile aéronautique
lorsqu'elles travaillent dans la bande comprise entre 117,975 MHz et 137 MHz.
Les émissions radio autres que 121,5 MHz sont interdites dans une bande comprise entre 121,4 MHz
et 121,6 MHz. La société Jolliet Electronique a pris son plein essor en offrant une solution de balise
de détresse (émettant à 121.5 MHz) à l'aviation générale et militaire en 1978. Celle-ci a révolutionné
la sécurité aéronautique en accélérant la localisation d'impact en cas d'accidents.
Jolliet Electronique, avec le temps, se diversifie en appliquant son savoir-faire dans la réalisation de
réseaux électriques pour l'aménagement intérieur d'aéronef.
Parallèlement, les normes et la technologie des balises de détresse qui ont fait la renommée de
l’entreprise ont évolué, les balises émettent actuellement à 406 MHz. En effet, les anciennes balises
en 121,500 MHz ne présentent pas les mêmes possibilités et la même fiabilité ce qui fait que depuis
1er février 2009, les satellites Cospas-Sarsat ne localisent plus les émissions de ses balises sur les
fréquences: 121,500 MHz.
En quelques mots, la réception d'un signal de détresse sur la fréquence de 406 MHz par les satellites,
le signal est transmis à une station terrestre dès que c'est possible afin de faire suivre l'information
au Service de Recherche et de Sauvetage (SAR) en charge de la zone où se trouve la balise appelante.
Le temps de localisation d'une balise émettant un signal peut aller de 15 minutes à 4 heures par les
satellites en orbite basse.
L'emplacement de la balise est détecté par les satellites grâce à l'effet Doppler-Fizeau. La précision
avec la fréquence de 406 MHz est alors de 1 à 3 miles (1,6Km = 1 mile).
Si la balise est équipée d'un récepteur GPS, elle transmet sa position qui peut-être captée
immédiatement par les satellites géostationnaires en donnant ainsi une position beaucoup plus
précise.
Jolliet Electronique s’occupait encore il y a quelque temps, de la fabrication et de l'installation du
réseau électrique des piles des balises de détresse 121.5 MHz (celles-ci se changeant tout les 2ans)
pour les avions en possédant encore (c’est-à-dire essentiellement l’armée française).
1.1.2. SECA:
SECA, quand à elle, est une société d’ingénierie et de service indépendant (spécialisée en
automatisme ferroviaire), créée en 2006, elle gagne chaque année en solidité et en pérennité. Elle
est située à Gevry et à Villeurbanne.
Rue du Pommier, 39100 Gevry
Tél. : 03 84 72 19 78
Fax: 03 84 71 01 67
54 rue Paul Verlaine, 69100 Villeurbanne
Tél. : 04 78 79 07 57
Fax: 04 72 65 37 20
[email protected]
Ses domaines sont l’automatisme, les systèmes et la signalisation. Elle joue un rôle important dans
l’accompagnement de projets de signalisation (notamment ferroviaire, tramway, métro, grande
ligne et LGV), de projets industriels et de transports pour la réalisation et la validation des
automatismes, de projets liés aux prestations d’essais et de mises en service (campagnes fictives,
programmation/validation…) et enfin de projets de formations professionnelles (automatisme,
systèmes de signalisation…).
C’est grâce à une équipe compétente et un responsable ambitieux que SECA se développe chaque
année, en confortant et en élargissant ses compétences.
1.2.
MA PLACE DANS L’ENTREPRISE
Depuis le 1er avril 2012, le gérant de SECA, Mr Jean-Michel Pfister a racheté l’entreprise Jolliet
Electronique pour créer Jolliet Innovation (Tout en conservant sa société SECA).
Cette nouvelle entreprise est spécialisée dans la conception d’appareil électronique. Jolliet
Innovation fabrique actuellement un prototype de système de scellé électronique.
C’est la recherche et le développement de ce nouveau système de scellé électronique qui ont poussé
Mr Pfister et Mr Parizon à former cette nouvelle société. C’est dans cette toute nouvelle entreprise
que mon stage se déroule.
2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SCELLE ELECTRONIQUE
Pour commencer, il m’a fallut comprendre le fonctionnement de ce système électronique. Sa
particularité réside dans son système d’armement qui nécessite 3 appareils communicants par
l’intermédiaire de trams radios et d’infrarouges codées.
2.1.
BUT DU SYSTEME
Ce système a pour fonction d’indiquer l’ouverture d’un colis, d’une valise ou de n’importe quels
autres contenants. Il signale et enregistre les altérations subies par le scellé.
2.2.
LES APPAREILS MIS EN ŒUVRE
2.2.1. LA DOUCHETTE D’ARMEMENT
La douchette d’armement est un appareil qui, actionné et pointé vers le scellé rentre en
communication radio avec l’émetteur infrastructure. Celle-ci reçoit un code de l’émetteur
infrastructure ensuite elle envoie, au scellé, un code infrarouge cohérent avec le code radio reçu. Ce
code permet de participer à l’armement.
Photo de la douchette d’armement
2.2.2. LE SCELLE ELECTRONIQUE:
C’est l’appareil qui permet d’enregistrer toutes les ouvertures du colis à surveiller. Lorsque le scellé
est mis en service, une diode l’indique par son clignotement rouge. Le scellé est armé par une
douchette infrarouge et par la réception d’un signal radio concordant émis par l’émetteur
infrastructure. Les deux codes reçus (radio et infrarouge) sont comparés et s’ils sont concordants, le
scellé s’arme, la même diode l’indique par son clignotement vert. Si le câble du scellé est coupé ou si
la boucle est ouverte, le scellé se désarme (diode rouge) jusqu’à ce qu’il soit réarmé. Tous les
événements sont horodatés dans une mémoire interne consultable à l’aide d’un logiciel sur un
ordinateur portable via un port de communication infrarouge (cette étape est en cours de
développement).
Les évènements horodatés archivable sont les suivants:
-Les tentatives d’armement non abouties
-Les tentatives d’armement abouties (avec mise à l’heure)
-Les fermetures du câble du scellé
-Les ouvertures du câble du scellé
Il reste deux autres informations au choix de l’utilisateur qui peuvent être archivables (deux entrées
tout ou rien disponibles sur le système).
2.2.3. L’EMETTEUR INFRASTRUCTURE RADIO
C’est un appareil fixe qui, d’une part, permet à la douchette d’armement d’envoyer un code au scellé
électronique et d’autre part, qui envoie au scellé un autre code par radio ainsi que l’ordre de mise à
l’heure et à la date au format GMT à la seconde près. Cet appareil permet de localiser et de limiter
dans l’espace la zone d’armement possible du scellé électronique.
2.2.4. LOGICIEL DE LECTURE DU SCELLE ELECTRONIQUE
Enfin, on a besoin d’un système informatique exploitable par ordinateur (portable ou fixe) qui
permet de récupérer par communication infrarouge toutes les données contenues dans le scellé
électronique, de les décoder et de les afficher de façon claire pour l’utilisateur.
2.3.
PROCESSUS D’ARMEMENT DU SCELLE
Pour armer le scellé, l’utilisateur active la douchette par l’appui sur le bouton d’activation. Par cette
action, la douchette envoie son immatriculation (unique et dédiée à chaque douchette) par radio à
l’émetteur infrastructure (schéma ci-dessus).
Ensuite, l’émetteur infrastructure vérifie que l’immatriculation reçue par la douchette est présente
dans sa base de données de douchettes autorisées sur le site. Après ces vérifications, l’émetteur
envoie par radio à la douchette et au scellé (schéma ci-dessus) :
-
Le code d’armement des scellés en cours.
-
L’heure courante à la seconde près. Cette heure est l’heure GMT. L’émetteur possède une
horloge interne mise à l’heure soit par Radio, soit par GPS, soit par internet.
-
Cette émission d’informations a une durée d’environ 10 secondes ce qui permet aussi au
scellé de recevoir la trame d’informations (code d’armement et heure courante) dans les
étapes suivantes.
-
La douchette d’armement reçoit de l’émetteur infrastructure le code radio d’armement. La
douchette traite ce code d’armement de façon à pouvoir le transmettre par infrarouge au
scellé et à le rendre cohérent avec le code d’armement radio envoyé (pendant 10s) par
l’émetteur infrastructure. Le code calculé par la douchette est alors immédiatement envoyé
au scellé par infrarouge.
Le scellé reçoit la trame infrarouge. Si cette trame est reconnue par le scellé, ce dernier active alors
son récepteur radio pour recevoir la trame radio envoyée par l’émetteur infrastructure. Lorsque les
trames infrarouges et radio sont reçues, les actions faites par le scellé sont les suivantes:
-
Le scellé compare le code d’armement infrarouge avec le code d’armement radio envoyé par
l’émetteur infrastructure (schéma ci-dessus). Si les codes sont cohérents, le scellé s’arme (il
clignote vert) puis il se met à l’heure de l’émetteur infrastructure.
-
Le scellé enregistre dans sa mémoire d’archivage interne, l’heure de l’armement à l’ancien
horaire, le numéro d’immatriculation de la douchette infrarouge et la valeur de l’heure reçue
pour la mise à l’heure du système.
2.4.
COMPOSANTS ELECTRONIQUES DU SCELLE
Maintenant que le principe de fonctionnement est connu, on va se diriger vers le scellé électronique
seul et plus particulièrement sur son système électronique. Mon stage portant, en effet, sur l’étude
des limites physiques de ce circuit.
Circuit électronique du scellé
(Interrupteur rouge présent seulement pour le développement)
Pour mieux comprendre le fonctionnement du circuit électronique, il m’a fallu lister tous les
composants et connaitre leurs caractéristiques en m’aidant de leurs documentations et en réalisant
des recherches sur ceux-ci. 1
Grâce à l’équipe, j’ai pu apprendre comment réaliser un circuit électronique en suivant la réalisation
d’un des prototypes du scellé. 2
Sur la photo ci-dessous, on peut voir les principaux composants répertoriés et leurs utilités.
(1) Pile de lithium pour alimenter le circuit électronique du scellé.
(2) Module émetteur-récepteur qui permet de communiquer avec la porteuse de la radio grâce à
l’antenne (10).
(3) Pic qui permet de programmer.
(4) Horloge de notre scellé qui fonctionne grâce à l’utilisation d’un quartz (11).
(5) Diode bicolore qui informe de l’état du scellé (vert/rouge).
(6) Photodiode infrarouge émetteur qui permet, en cas de demande, l’envoi de l’historique à
l’ordinateur.
(7) Condensateur qui permet de mettre en veille le pic pendant le fonctionnement du scellé (celui-ci
pose des problèmes pour le moment).
(8) Récepteur longue distance infra rouge qui reçoit le signal de la douchette d’armement.
(9) Interrupteur nécessaire seulement pour le développement du système.
1
2
Annexe 1 : Caractéristiques techniques des composants électroniques
Annexe 2 : Réalisation du circuit imprimé
3. RECHERCHES ET ANALYSES
Maintenant que le système est mis à plat, il m’a fallu mettre en place une méthodologie pour
permettre de réaliser ma mission de stage. J’ai tout d’abord listé les milieux dans lequel notre futur
produit pourra être utilisé.
3.1.
ANALYSE ENVIRONNEMENTALE
3.1.1. UTILISATIONS POSSIBLES DU PRODUIT
Notre appareil électronique peut convenir aussi bien aux entreprises qu’aux particuliers. Il est
destiné à satisfaire le plus grand nombre de clientèle.
Transport :
■Compagnies aériennes
■Transports par voie terrestre
■Postes/livreurs
■Sociétés ferroviaires
■Bidons/Fûts
■Camions citernes
■Banques/ transports d’argent
Santé:
■Maisons de retraite/Hôpitaux/transports d’organes
■Maisons pharmaceutiques
Sécurité industrielle :
■Compagnies conteneurs
■Combustibles/gaz
■Distribution Eau / Gaz / Energie électrique
■Produits dangereux/Chimie
■Extincteurs
■Logistique/Distribution
Sécurité, force de l’ordre:
■Police/forces de l’ordre
■Armée
■Elections politiques
Alimentation:
■ Supermarchés/Hypermarchés
■Agriculture
3.1.2. PERTURBATIONS POTENTIELLES
Lors de son utilisation, notre scellé électronique sera donc amené à rencontrer différents
environnements plus ou moins contraignants. Ces perturbations doivent être prises en compte lors
de la conception de celui-ci, car elles peuvent nuire à son bon fonctionnement.
Les principales perturbations pourraient être de nature :
-
Mécanique, notre appareil peut être amené à subir de violents impacts, des vibrations, des
secousses…
-
Thermique, c’est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie
pour la production de chaleur ou de froid et des transferts de chaleur suivant différents
phénomènes physiques, en particulier la conduction, la convection et le rayonnement.
-
Hygrométrique, elle caractérise l'humidité de l'air, à savoir la quantité d'eau sous forme
gazeuse présente dans l'air humide (ou dans un autre gaz pour certaines applications
industrielles). Elle ne prend pas en compte l'eau présente sous forme liquide ou solide. On la
définit de deux façons:
- L'humidité relative de l'air (ou degré d'hygrométrie) correspond au rapport de la
pression partielle de vapeur d'eau contenue dans l'air sur la pression de vapeur
saturante à la même température. Elle détermine donc une mesure du rapport entre
le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir dans ces
conditions. Ce rapport varie si on change la température ou la pression même si
l'humidité absolue de l'air reste identique.
- L’humidité absolue est définie pour l'air humide (ou d'autres gaz) comme sa teneur
en vapeur d'eau. Elle est limitée par la quantité maximale que le gaz peut absorber
avant d’atteindre sa saturation (en fonction de la température de celui-ci). Sa formule
est le rapport de la masse de vapeur d'eau en kg sur le volume d'air humide en m3 à la
pression et la température considérées. Elle a la dimension d'une masse volumique et
se note:
Ou
-
Pressiométrique, c’est une notion physique fondamentale. La pression peut être vue comme
une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique. Il semble important de rappeler
que d’un point de vue thermodynamique, il s'agit d'une grandeur intensive. En tant que
paramètre physique, celle-ci, tout comme la température, joue un rôle extrêmement
important dans la plupart des domaines.
Mais notre appareil peut aussi rencontrer d’autres problèmes de:
-
Déformation, c’est la capacité d'une pièce à se déforme ou à résister à la déformation, celleci dépend de deux choses :
-la forme de la pièce
-la nature du matériau et son élaboration
On caractérise un matériau par trois couples de qualificatifs:
-souple/rigide: ceci caractérise l'élasticité, la capacité de l'objet à se déformer élastiquement,
de manière réversible;
-fragile/ductile: ceci caractérise la ductilité, la capacité de l'objet à se déformer
plastiquement, de manière irréversible;
-fragile/tenace: ceci caractérise la capacité à résister à la propagation d'une fissure, à
absorber l'énergie d'un choc.
-
Corrosion, cela désigne l'altération d'un matériau par réaction chimique avec un oxydant* (le
dioxygène et le cation H+ en majorité). La corrosion est un domaine vaste qui touche toutes
sortes de matériaux (métaux, céramiques, polymères) dans des environnements variables
(milieux aqueux, atmosphère, hautes températures).
-
CEM, c’est à dire la compatibilité électromagnétique. Elle permet de vérifier :
- dans quelle mesure le produit va supporter les perturbations électriques générées par
d’autres équipements
- dans quelle mesure le produit peut causer des perturbations à d’autres appareils
3.2.
PROTOCOLE DE TESTS FACE A SES CONTRAINTES
Après de nombreuses recherches sur les différents protocoles existants (reconnus et validés) utilisés
dans les laboratoires d’essais ainsi que mon expérience acquise lors de certains travaux dirigés, j’ai
retenu un procédé qui me semblait intéressant. Je l’ai étudié rigoureusement pour chercher à mettre
au point mes propres protocoles.
3.2.1. LES ESSAIS HALT
« Les essais HALT reposent sur une succession de tests thermiques et mécaniques réalisée sur un
équipement durant sa phase de conception. La méthodologie appliquée permet de détecter des
défauts et faiblesses de conception dans les équipements électroniques et leurs sous-ensembles. Non
corrigés, ces défauts peuvent apparaître en cours de qualification en environnements (quand cette
étape existe) ou une fois le produit commercialisé. »
Les essais HALT sont accessibles à toutes les entreprises désirant diminuer, voire éliminer, les défauts
d'un nouveau produit. Une campagne d'essais dure environ 3 à 5 jours ce qui se distingue des
semaines ou des mois nécessaires à certains tests de validation. Les produits sont donc mis plus
rapidement sur le marché nécessitant ainsi moins d'interventions de services après-vente et
présentent une plus grande fiabilité.
Globalement, les avantages liés à une campagne d'essais HALT sont les suivants:
■Meilleure satisfaction de la clientèle
■Augmentation de la qualité / fiabilité des produits
■Découverte rapide des points faibles des équipements
■Réduction des coûts de recherche et développement
■Réduction des temps de développement
■Réduction des délais de commercialisation
■Connaissance et amélioration des marges de conception des produits
■Détection et correction des défauts avant la commercialisation des produits (ou avant qu'ils ne
soient soumis à la qualification)
La méthodologie HALT donne des résultats optimums lorsqu'elle est utilisée dans la phase de
conception d'un produit mais elle peut aussi apporter des bénéfices ponctuellement et selon les
besoins:
■Remédier à des non conformités détectées en qualification
■Reproduire des défauts clients
La méthodologie consiste à explorer le fonctionnement du produit en test au-delà de ses
spécifications.
Concrètement, des stress thermiques et mécaniques sont appliqués sans tenir compte du profil de
vie du produit. Aucune limite de niveau de stress n'est fixée préalablement et des essais en vibration
sont même appliqués pour un équipement fixe. Ils n'ont pas pour objectif de simuler un
environnement pour vérifier le bon fonctionnement d'un équipement mais celui de stimuler un
produit jusqu'à en connaître ses limites de fonctionnement voir celles de destruction.
Ce sont les analyses de ces causes de défaillance et les actions correctives qui permettent de
construire la robustesse du produit. (Eventuellement de dépasser les contraintes de son profil de vie
pour encore augmenter sa fiabilité).
Les essais HALT s'adressent directement aux 3 sources de défaillances opérationnelles:
■Défauts de fabrication
■Défauts composants
■Erreurs de conception
La méthodologie habituelle pour l’application de différents stress est la suivante:
■Descente en température par paliers (limite à -100 °C)
■Montée en température par paliers (limite à +200 °C)
■Variations Rapides de Température (VRT) (60 °C/min)
■Montée du niveau de vibrations “gRMS” par paliers (Root Mean Square = Racine carrée de la
moyenne)
■Essais combinant les VRT et vibrations
Habituellement, l’essai le moins destructif est réalisé en premier. Les premiers types d’essais réalisés
concernent les essais de tenue en température et plus particulièrement l’essai de tenue au froid.
La caractérisation de la limite basse de fonctionnement en température se fait par un abaissement
de la température par palier. Il est à noter que ces paliers doivent avoir une durée suffisante pour
que le déroulement correct des tests fonctionnels soit assuré mais aussi pour que la contrainte
s’applique à un niveau stabilisé, c'est-à-dire lorsque les différents capteurs disposés sur le produit
attestent que la température de ses différents constituants est stabilisée.
Cette procédure ne se limite pas à une simple détection des seuils de fonctionnement et de
destruction (caractérisés via l’application de types de contraintes différentes) que ce soit pour l’essai
de tenue en température ou pour des contraintes d’autres natures qui succèdent, les essais HALT
permettent aussi de repousser les limites du produit par une amélioration de sa conception.
A chaque défaillance relevée, on associe une analyse des causes premières de ces défaillances. Elle
est suivie d’actions correctives et ce, en théorie, jusqu’à ce que la limite fondamentale de la
technologie incriminée soit atteinte.
L’essai de tenue aux Variations Rapides de Température (VRT) qui succède aux essais de tenue au
Froid et au Chaud ne fait apparaître en moyenne qu’un pourcentage très faible de défaillances en
comparaison aux autres types de contraintes, conséquence de la construction progressive de la
fiabilité du prototype.
Connues par les fiabilistes comme un bon révélateur de faiblesses de conception, les VRT sont
pourtant réalisées au maximum des capacités de la chambre, c’est-à-dire près de 70°C/min avec une
plage de température définie par les limites hautes et basses de fonctionnement du produit identifié
précédemment.
En fait, ce paradoxe des taux de défaillance s’explique par lui-même dans le cadre de la
méthodologie HALT: les essais de tenue au froid puis au chaud ont fait apparaître des faiblesses de
conception qui ont fait l’objet d’actions correctives et le produit testé en VRT est moins vulnérable
aux contraintes thermiques que ne l’était celui qui a subi l’essai de tenue au froid.
Limites thermiques typiques des essais Halt
A la tenue aux VRT, succède l’essai de tenue à la vibration qui avec un taux de mise en évidence de
défaillance de 45% devance le dernier type de contrainte appliqué dans le HALT, l’essai combiné
vibration, température et VRT avec ses 20%.
La préséance des essais de tenue aux vibrations par rapport aux environnements combinés s’inscrit
bien évidemment dans la même logique du HALT qui est de construire pas à pas la robustesse du
produit.
L’essai de tenue aux vibrations suit une démarche analogue à l’essai de tenue en température.
Une exploration sur 6 axes, 3 linéaires et 3 rotatifs, permet par ailleurs une caractérisation optimale
du produit.
Limites en vibration typiques des essais Halt
L’essai combiné regroupe l’ensemble des contraintes appliquées précédemment.
Le premier cycle en température est réalisé avec un niveau constant d’accélération de l’ordre de 3 à
5 Grms. A chaque cycle, cette valeur est augmentée du même incrément que dans l’essai précédent
de tenue aux vibrations.
Le taux de mise en évidence de défaillance élevée (20%) pour un équipement ayant déjà bénéficié
d’améliorations de robustesse pour chaque contrainte séparée met en évidence l’influence de la
température dans les phénomènes de réponses aux contraintes mécaniques et justifie le bien-fondé
de l’application des contraintes combinées en fin du procédé HALT.
3.2.2. LES ESSAIS BASES SUR LES ESSAIS HALT
Dans notre cas, lors de cette phase d’essais, l’étuve permet une circulation maximale de l'air autour
du produit celle-ci étant la partie électronique du système de scellé. Un capteur de température de
proximité est fixé au produit afin de mesurer les caractéristiques environnementales réelles qu’il
subit (les valeurs de consigne de la commande de l’étuve utilisée n’étant plus précises).
3.2.2.1. TYPES DE CONTRAINTES INFLIGEES AU PRODUIT
i.
Contrainte de Froid Échelonnée
Pour plusieurs produits, une contrainte de froid échelonnée doit être réalisée en premier car
généralement, il s’agit de la moins destructive de tous les stimuli appliqués. La contrainte de froid
échelonnée débute à 20°C puis la température est diminuée par échelons de 10°C jusqu’à atteindre
la limite inférieure de fonctionnement et la limite destructive inférieure (si possible). La durée de
chaque échelon est d’environ 20 minutes afin de laisser la température des composants se stabiliser
et de contrôler la fonctionnalité du produit.
A chaque palier, on teste donc le bon fonctionnement du système électrique (diode rouge,
armement par la douchette, recherche de la porteuse puis diode verte). On le laisse fonctionner
pendant les 20 minutes de stabilisation. Le cas échéant, des modifications seront apportées au
produit afin d’augmenter ses limites et de le rendre plus robuste. Dans certains cas et notamment si
les modifications ne pouvaient être apportées facilement (pour des raisons de coûts, pour des
considérations techniques, pannes non identifiées…), on peut choisir de désensibiliser (aux basses
températures) ces zones par un matériau isolant thermique (afin que les zones sensibles soient
soumises à une contrainte moindre que le reste du produit lors de la diminution de température).
ii.
Contrainte de Chaud Échelonnée
La contrainte de chaud échelonnée commence à 20°C puis la température doit être augmentée par
échelons de 10°C jusqu’à atteindre la limite supérieure de fonctionnement et la limite destructive
supérieure (si possible). La durée de chaque échelon est d’environ 10 à 20 minutes afin de laisser la
température des composants se stabiliser et de contrôler la fonctionnalité du produit. A chaque
palier, on teste donc le bon fonctionnement du système électrique (diode rouge, armement par la
douchette, recherche de la porteuse puis diode verte). On le laisse fonctionner pendant les 20
minutes de stabilisation. Le cas échéant, des modifications seront apportées au produit, afin
d’augmenter ses limites et de le rendre plus robuste. Dans certains cas et notamment si les
modifications ne pouvaient être apportées facilement (pour des raisons de coûts, pour des
considérations techniques ou pannes non identifiées…), on choisit de désensibiliser (aux
températures élevées) ces zones par un matériau isolant thermique (afin que les zones sensibles
soient soumises à une contrainte moindre que le reste du produit lors d’une augmentation de
température).
iii.
Variations Brutales de la Température
Lors de cette phase, des rampes continues d’élévation et de diminution de la température seront
appliquées au produit aussi vite que la chambre d’essais (la vitesse maximum de notre étuve n’est
pas connue) et le produit le permettent. Les extrêmes de température seront basés sur les limites de
fonctionnement définies lors de la contrainte thermique échelonnée. On attendra une stabilisation
de 3h. Au maximum et au minimum, on teste donc le bon fonctionnement du système électrique
(diode rouge, armement par la douchette, recherche de la porteuse puis diode verte). Puis on le
laisse fonctionner pendant trois heures.
iv.
Contrainte de Vibration Échelonnée
Lors de l’application de ce stimulus, le produit testé doit être fixé à la table de vibration. Des
accéléromètres doivent être placés sur le produit afin de mesurer la réponse du produit à la
vibration. Ces données seront ensuite utilisées afin de régler l’installation et d’exploiter au maximum
l’énergie des vibrations de la table sur le produit tout en conservant une uniformité des vibrations
sur tout le produit. Le processus de contrainte échelonnée commence à 3-5 Grms et augmentera par
échelons de 3-5 Grms jusqu’à ce que les limites de fonctionnement et destruction soient atteintes (si
possible). Le cas échéant, des modifications seront apportées à l’échantillon en cas de pannes
observées afin de faire reculer ces limites et de rendre le produit plus robuste. Lorsque les
modifications ne peuvent pas être corrigées directement sur le circuit, de l’époxy ou du caoutchouc
de silicone peuvent être utilisés entre le corps du composant et le produit ou entre deux composants
adjacents afin de supprimer la contrainte sur les broches du composant et permettre ainsi au produit
de résister à un niveau de vibrations plus élevé. La durée de chaque échelon sera d’environ 20
minutes. La fonctionnalité de chaque produit doit être testée à chaque échelon.
v.
Environnement Combiné
Après l’application des stimuli individuels, le produit devra être soumis à un environnement combiné
de contraintes thermiques et de vibrations, avec des changements rapides de température. Le profil
thermique a été défini avec des seuils de température supérieurs et inférieurs proches des limites de
fonctionnement déterminées lors de l’application des contraintes échelonnées de température. Des
limites de fonctionnement et de destruction (si possible) doivent être définies pour le stimulus en
environnement combiné.
3.2.2.2. TYPES DE DYSFONCTIONNEMENT OU ALTERATIONS RECHERCHEES
Pour chaque type de contraintes:
-Contrainte de froid échelonnée
-Contrainte de chaud échelonnée
-Variations brutales de température
-Contrainte de vibration échelonnée
-Environnement combiné
Les dysfonctionnements et altérations suivants:
(Exemples non exhaustifs)
Problème de conception:
Composant fonctionnant par intermittence
Connecteur détaché de la carte
Composant court-circuité
Jeu par rapport au support
Retrait d’un connecteur
Carte sortie
Tracé rompu
Connecteur faisant contact par intermittence
Fil détaché
Broche soulevée
Composant tourné
Retrait des vis
Chute d'un composant
Problème de résistance:
Broche cassée
Problème de tolérance
Composant cassé
Composant abîmé
Vis cisaillées
Plastique fissuré au point de contrainte
Matériau d'imprégnation fissuré
Usure des connecteurs
3.2.2.3. RECHERCHE DE SOLUTIONS
L'analyse qui suit permet de déterminer quels sont les composants les plus fragiles; ceux qui
auraient vraisemblablement été les premiers défaillants dans la vie "normale" du produit. En
repérant les éléments les plus faibles et en mettant en place des actions correctives, on diminue de
ce fait les défaillances possibles d'un produit en augmentant sa robustesse.
3.2.3. D’AUTRES ESSAIS CLIMATIQUES A EFFECTUER
Lors de ces essais, on utilisera l’étuve, un capteur de température et un capteur d’humidité. La
pression quant à elle, est lue sur le cadran de l’étuve.
3.2.3.1. TYPES DE CONTRAINTES INFLIGES AU PRODUIT
i.
Température statique
Maintenir la pièce à la température minimale (Celle définit précédemment lors des essais Halt)
pendant 2-3 heures et vérifier le bon fonctionnement.
Maintenir la pièce à la température maximale (Celle définit précédemment lors des essais Halt)
pendant 2-3 heures et vérifier le bon fonctionnement.
ii.
Essai de basse température/basse pression
Une enceinte à dépression permet de simuler un environnement en altitude (transports aériens) en
créant un vide à l’extérieur de la pièce testée jusqu’à 200 mbar absolus (c’est-à-dire la simulation
d’une altitude équivalente à 12Km).
iii.
Essai de chaleur humide
Pour modéliser un climat de pays équatorial, on se place pendant quelques heures à 55°C puis on fait
varier l’humidité de l’étuve de 0% à 100% RH. On vérifie le bon fonctionnement du scellé tous les
10% d’humidité après 20 minutes d’attente (pour stabiliser).
iv.
Tests inversés des échelons en température froide et chaude
Variations de température de Tmin à Tambiante par palier de 10°C. (Attendre la stabilisation pendant
20min)
Variations de température de Tmax à Tambiante par palier de 10°C. (Attendre la stabilisation pendant
20min)
v.
Test CEM
Pour plus de garantie, il faudra effectuer aussi des tests de compatibilité électromagnétique. On
rappelle que ceux-ci permettent d’un point de vue émission de mesurer des perturbations générées
par le produit et d’un point de vue réception de vérifier l’immunité du système face aux
perturbations électriques extérieures.
3.2.3.2. TYPES DE DYSFONCTIONNEMENT OU ALTERATIONS RECHERCHES
Les dysfonctionnements et altérations liés aux essais:
(Exemples non exhaustifs)
Oxydation ou corrosion
Apparition de fissures
Gonflement de certains matériaux à cause du phénomène de pompage
Perte de résistance mécanique
Changement des caractéristiques d’isolation thermique et électrique
Délamination des matériaux composites
Apparition de court-circuit
Changement d’élasticité ou de plasticité
3.2.3.3. RECHERCHE DE SOLUTIONS
L'analyse qui suit permet de déterminer quels sont les composants les plus fragiles; ceux qui
auraient vraisemblablement été les premiers défaillants dans la vie "normale" du produit. En
repérant les éléments les plus faibles et en mettant en place des actions correctives, on diminue de
ce fait les défaillances possibles d'un produit en augmentant sa robustesse.
3.2.4. PROTOCOLE PREVISIONNEL
Afin d’organiser mon travail, j’ai donc réalisé des tableaux récapitulatifs et chronologiques de tous
les tests à effectuer, ainsi qu’un calendrier pour me permettre de gérer les actions à réaliser en
fonction du temps mis à ma disposition durant mon stage.
J’ai réalisé un calendrier prévisionnel pour m’aider à planifier mon organisation pendant ces 10
semaines de stage. 3
3.3.
INSTRUMENTS
Pour programmer mes essais, il m’a fallu impérativement connaitre le matériel mis à ma disposition.
Dans le laboratoire, j’ai pu disposer de deux étuves et deux multimètres.
3
Annexe 3 : Calendrier prévisionnel
3.3.1. ETUVE POUR LES ESSAIS DE TEMPERATURE ET D’HUMIDITE
L’étuve utilisée pour les essais date des débuts de Jolliet électronique (1963). Elle n’est plus
étalonnée et la société ne possède plus aucun document expliquant son fonctionnement. En
principe, l’utilisateur d’une étuve climatique peut modifier et contrôler les conditions
environnementales (ici température et humidité) de l’enceinte par une interface (boitiers gris à
droite de l’étuve sur la photo). Les indications sur celles-ci ne correspondent pas au climat réel dans
l’étuve. Les résultats sont faussés, c’est pour cela que dans notre cas, nous utiliserons par la suite, un
capteur pour nous permettre de connaitre les valeurs exactes des contraintes appliquées au scellé.
Cette enceinte permet initialement de simuler des conditions environnementales en chaud et en
froid de ‐70°C à +150°C mais aussi en humidité et en sècheresse. Elle m’a été utile pour appliquer des
températures diverses au circuit électronique mais j’ai du en complément, utiliser un capteur de
température pour connaitre les températures réelles (celles-ci allaient de -50°C à 70°C). Quand aux
variations d’humidité, lorsque j’ai voulu l’utiliser l’étuve, un tuyau essentiel à son fonctionnement
hygrométrique était endommagé.
3.3.2. ETUVE POUR LES ESSAIS DE PRESSION
Pour les essais de pression, j’ai utilisé l’étuve de variation de pression. Les commandes de celle-ci
sont reliées à l’étuve de température/humidité mais elle possède un caisson spécial à part.
NB : On ne pourra donc pas réaliser les essais à basse pression et basse température avec ces étuves
puisqu’elles sont indépendantes.
3.3.3. MULTIMETRES
Un multimètre (ou contrôleur universel) est un ensemble d'appareils de mesures électriques
regroupés en un seul boîtier, généralement constitué d'un voltmètre, d'un ampèremètre et d'un
ohmmètre.
Notre multimètre est construit autour d'un voltmètre numérique et comporte à minima un
convertisseur courant tension permettant de le faire fonctionner en ampèremètre et un générateur
de courant constant pour fonctionner en ohmmètre.
3.3.4. ALTIMETRE
L'altimètre est un outil précieux de navigation, mais il est sensible et l'altitude donnée n'est qu'une
estimation. L'erreur reste néanmoins très faible dans la plupart des cas.
Il faut faire attention de le choisir compensé en température, et il faut le caler en altitude chaque fois
que c'est possible (passage à un point connu). La pression atmosphérique est liée au poids de la
colonne d'air au dessus de nos têtes.
Expérimentalement, on mesure dans des conditions normales 1013 mbar au niveau de la mer, 899
mBars à 1000 m, 795 mBars à 2000 m, 701 mBars à 3000 m, 616 mBars à 4000 m, 540 à 5000m.
Plus on monte en altitude, plus la hauteur de la colonne d'air diminue et donc plus la pression
diminue.
3.4.
LES ELEMENTS NECESSAIRES A MES TESTS
Pour obtenir la température et l’humidité réelles de notre prototype installé dans notre étuve
climatique, il a fallu préalablement choisir nos capteurs de température et d’humidité en fonction de
leurs datasheets (plage de fonctionnement, précision, sensibilité, nature de la sortie, coût …). On les
choisit en fonction de:
Etendue de mesure: Valeurs extrêmes pouvant être mesurées par le capteur.
Résolution: Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.
Sensibilité: Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d'entrée.
Précision: Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie.
Rapidité: Temps de réaction du capteur. La rapidité est liée à la bande passante.
Linéarité: Elle représente l'écart de sensibilité sur l'étendue de mesure
3.4.1. LA SONDE PT100
J’ai opté pour un capteur de température type sonde PT100. Cette sonde dispose d’un bon rapport
qualité/prix, elle est couramment utilisée, son principe est simple et elle possède une résistance de
100Ω à 0°C et 138,5Ω à 100°C. De plus, elle possède une variation quasi linéaire entre -200 et 800°C
et une bonne stabilité chimique.
La précision de la mesure dépend de la sonde mais aussi de l’électronique de détection et du
couplage mécanique et thermique entre la sonde et le milieu étudié. Tous ces éléments peuvent
entraîner une erreur de plusieurs degrés.
Après de nombreuses recherches, j’ai choisi la sonde PT100 ci-dessous (fonctionnement de la
sonde 4).
Sonde PT 100 5
Il existe différents montages avec cette sonde PT100. Ceux-ci seront expliqués ultérieurement.
3.4.2. LE CAPTEUR HYGROMETRIQUE
Il existe un grand nombre de capteurs d’humidité. J’ai recherché un capteur fiable, une sonde
d'humidité utilisée dans de vastes domaines pour pouvoir simuler toutes sortes de milieux, tout en
conservant un coût raisonnable.
Je souhaitais donc des plages de mesures comprises entre 0 % et 100 % d'humidité relative dans l'air
pour des températures de service comprises entre -50°C et +70°C (c’est à dire l’étendue de mesure
réalisable avec notre l’étuve). Ce qui nous offrait déjà une large palette de produits standards avec
des tolérances de mesures et de régulations de 2 ou 3 % H.r. max.
Après de nombreuses recherches et des comparaisons entre de multiples composés, j’ai choisi la
sonde ci-dessous. Elle descend seulement jusqu’à -30°C d’après la datacheet mais elle offre un bon
compromis entre prix, temps de réponse et sensibilité.
4
Annexe 5 : Fonctionnement de la sonde
5
Annexe 4 : Sonde PT 100 1.6x1.2mm Classe B
Capteur d’humidité 6
3.4.3. POUR LES TESTS MECANIQUES
Le laboratoire ne possédant pas le matériel nécessaire à des tests de chocs, de secousses et de
vibrations, j’ai donc dû démarcher des entreprises extérieures.
3.4.3.1.
SERCOVAM
SERCOVAM est, depuis 25 ans, un centre d'essais privé qui teste et valide grâce à la mise en place
d'une équipe d'ingénieurs et de techniciens de valeur, et par des investissements pouvant être
considérés comme des moyens industriels lourds, de très nombreux produits industriels.
SERVOCAM possède 3 Bureaux Commerciaux (Moscou, Turin et Barcelone) et 2 Laboratoires (Etupes
et Cestas) ainsi que des moyens performants et conséquents. Cette société fournie des prestations
variées dans les domaines de l’automobile, de l’aéronautique, de l’électrique, de l'emballage, de la
pharmacie, du biomédical, du ferroviaire, de la grande distribution, des énergies nouvelles, etc..
De plus, SERCOVAM est accréditée par le COFRAC 7(Comité français d'accréditation), selon la norme
internationale ISO/CEI 17025*.
Cette reconnaissance garantit la compétence technique et la fiabilité des résultats fournis par les
laboratoires sur le champ d’accréditation considéré.
Grâce aux accords multilatéraux dont le COFRAC est signataire, l’accréditation de SERCOVAM est
reconnue dans la plupart des grands pays industrialisés internationaux.
Aujourd’hui, SERCOVAM est un centre homologué dans la quasi-totalité de ses domaines d’essais:
climatique, corrosion, photo vieillissement, pression cyclée, essais d’aspect, etc. Il est également
reconnu par les donneurs d'ordre comme un partenaire participant activement à l’évolution des
méthodes d’essais.
J’ai donc envoyé un mail 8 au nom de Jolliet Innovation pour avoir plus d’informations et
éventuellement obtenir un rendez-vous.
En attendant une réponse, j’ai commencé à démarcher d’autres entreprises.
6
Annexe 6 : Capteur d’humidité H6 100
Annexe 7 : Accréditation COFRAC
8
Annexe 8 : Courrier envoyé à SERCOVAM
7
3.4.3.2.
METRACEM
METRACEM nous a répondu rapidement. Cette entreprise présente un panel d’essais assez
intéressant pour tout ce qui concerne la Compatibilité Electromagnétique et la Sécurité Basse
Tension.
En 1996, deux ingénieurs expérimentés en Recherches et Développements de produits électroniques
créent la société METRACEM.
La société allie expérience, exigence et imagination pour se conformer à la norme ISO-17025
(déterminant les exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnages et
d'essais) et ainsi satisfaire et accompagner les clients dans leurs démarches de respect des
règlementations (sur la CEM et la Sécurité Électrique Basse Tension) à propos de leurs produits:
Assistance au développement, Qualification, Mise en conformité et/ou Marquage CE.
Outre l'aéronautique, l'espace, la défense, le ferroviaire, l'électrodomestique, l'industriel, le médical
et l'automobile, METRACEM met aussi son savoir-faire à la disposition des machines et équipements
industriels, des systèmes d'éclairages et autres équipements électroniques.
METRACEM SARL
Parc des plates
10 chemin des Ronzières
69390 VOURLES
Tél. : 04.72.52.09.08
Fax : 04.78.35.04.18
J’ai donc contacté l’entreprise par mail 9.
Le 30 mai2012, Monsieur De Saint Romain Dominique, responsable de la société METRACEM SARL à
VOURLES m’a téléphoné pour m’expliquer les différentes spécialités de leur entreprise. Il s’occupe
plus particulièrement de la sécurité électrique à base tension et de la compatibilité
électromagnétique des appareils. Pour tout ce qui concerne les essais mécaniques comprenant les
chocs, les secousses et vibrations, METRACEM travaille en collaboration avec la société VITESS située
à SAINT BERON dirigée par Mr Teixeira Jose.
VITESS SARL
ZA LA GIRONDIERE
73520 SAINT BERON
Tel. : 04.76.93.94.55
Fax : 04.76.67.32.77
9
Annexe 9 : Courrier envoyé à METRACEM
Monsieur Pfister a donc réussi à se libérer une matinée avant la fin de mon stage pour rencontrer Mr
De Saint Romain, le mardi 12 juin à 10h à VOURLES pour discuter de ses propositions et d’une
possible collaboration.
4. EVOLUTION DES MONTAGES DES CAPTEURS
J’ai commencé par mettre en place un montage pour connaitre la température de l’étuve grâce à la
sonde PT100 pour suivre l’ordre chronologique des mes essais à réaliser.
4.1.
MONTAGES POSSIBLES
4.1.1. POUR LA SONDE PT 100:
Il existe différents types de montages 10 pour acquérir la température.
-Le mode 2 fils est le montage le plus simple, il n’apporte aucune précision de mesure dès que l’effet
induit par la résistance des câbles de connexion devient du même ordre de grandeur que la précision
recherchée. Un câble standard introduit une erreur de l’ordre de 0.4°C par mètre de connections
pour une sonde PT100.
-Le mode 3 fils assure très souvent une précision suffisante et plusieurs méthodes existent basées sur
l’hypothèse de l’égalité des valeurs de résistance des 3 fils de connexion. Pour un câble, en fonction
de la qualité de l’interface électronique, on introduira une erreur de moins de 0.4°C pour 100 mètres
de connexion.
-Le mode 4 fils représente un montage de meilleure précision, la mesure de tension étant réalisée
directement au niveau de la partie active de la sonde avec une interface haute impédance, les
résistances des câbles de connexion n’interviennent plus dans l’erreur de mesure.
-Un pont de Wheatstone
La mesure par un pont de Wheatstone est une indication indirecte de la résistance de la sonde. Le
pont nécessite quatre fils de raccordement, une source extérieure, et trois résistances qui ont un
coefficient de température nul.
4.1.2. POUR LE CAPTEUR HYGROMETRIQUE
Pour la sonde d’humidité choisie le montage est simple. En effet, la datasheet nous donne le
montage spécifique pour obtenir, d’après les calculs fournis, l’humidité relative. De plus, ce montage
comporte peu d’éléments :
- un microcontrôleur 555
- une résistance de 27.4 kΩ
10
Annexe 10 : Schéma des montages
-
une capacité de 10 nF
une alimentation de 5 V
Pour notre capteur d’après la datasheet :
C = (a * UR - ____b____ + d) * C75
(UR + c)
Avec
a=1,569*10-3;
b=0,298;
c=11;
d=0.88475 ;
C= Capacité du capteur en pF ;
Rh= Humidité relative ;
C75= valeur de la capacité à 75 %Rh ;
Suite à un retard de livraison, le composant devait nous être livré le 18 mai. Le jour même de cette
livraison, Radiospares, le fournisseur nous informe que le produit est en rupture de stock. J’ai donc
dû rechercher une nouvelle sonde hygrométrique qui rentrait dans nos étendues de mesure.
4.2.
EVOLUTION DE MES MONTAGES
Lieu des tests
N’ayant pas reçu de sonde d’humidité, j’ai donc travaillé sur le montage de ma sonde PT 100.
4.2.1. MESURE EN 4 FILS
Mise en pratique
(Les 4 résistances modélisent des fils de même longueur R1=R2=R3=R4 ici R=100ohms)
Mesure en 4 fils
Une technique simple consiste à utiliser une source de courant connue et à mesurer, à distance, la
tension aux bornes de la Sonde PT100. Comme aucun courant ne circule dans les fils de mesure de
tension, il n'y a aucune chute de tension et, donc, aucune erreur de mesures de résistance. La
tension lue sur le voltmètre est directement proportionnelle à la valeur de la résistance de la sonde
PT100.
Le montage particulier en 4 fils permet de rendre négligeable l'influence des résistances de ligne.
Deux fils servent à la circulation du courant et les deux autres à la mesure de la tension aux bornes
de la sonde. Les quatre fils ayant la même longueur, ils ont tous la même résistance de ligne, notée R
sur le schéma.
Par exemple, en injectant un courant i = 1 mA dans le circuit, d'après la loi des nœuds on obtient:
i = i1 + i2
Comme on mesure la différence de potentiel entre les bornes MN, la tension UMN est la même dans
les deux branches (loi des mailles).
On utilise alors la loi d'Ohm dans la branche comportant le voltmètre, on a :
Puis dans la branche comportant la sonde Pt100, on a :
La résistance du voltmètre étant très élevée (de l'ordre du MΩ), le courant circulant dans sa branche
est très faible.
Il est donc négligeable par rapport à i2 :
Impossible d’afficher l’image.
Impossible d’afficher l’image.
On en déduit la valeur du courant i1 :
On note que dans ce type de montage, on effectue une mesure de tension pour déterminer la valeur
de résistance et non une mesure directe de la résistance électrique.
La mesure de la tension permet de déterminer la valeur de la résistance de la Pt100 sans aucune
autre influence.
Les sondes de platine utilisées possèdent les caractéristiques suivantes :
Les coefficients sont donnés par une norme internationale (EIT90 : échelle internationale de
température de 1990). Cela permet d'utiliser des sondes thermométriques interchangeables.
Les coefficients b et c étant très faibles, on obtient la relation approchée suivante :
a=3.851.10-3 °C-1 (valeur donnée par la datasheet)
R (θ) : valeur de la résistance pour une température θ
R (0°) : valeur de la résistance à 0°C.
Θ : température de l’air ambiant.
On calcule alors la température en fonction de la valeur de résistance.
Bien qu’ayant une excellente précision, la mesure de résistance en 4 fils, comme toute mesure, sera
toujours affectée d'erreurs et le résultat sera entaché d'incertitudes qu'il faudra minimiser en
prenant toutes les précautions nécessaires.
Enfin, étant partie dès le début de mon stage avec l’idée de réaliser un pont de Wheatstone, j’ai
souhaité continuer dans cette configuration tout en cherchant à corriger les erreurs à l’aide du
principe ci-dessus.
4.2.2. PONT DE WHEATSTONE
Mesure par pont de Wheatstone
Mise en pratique (R1=R2=R3 ~ 100ohms)
Expression de UPt en fonction de E et de certaines résistances constituant le circuit:
UPt =UMN=UMP+UPN
UPt =UMP-UNP
UPt = E-R3IPt
De plus, E = (RPt+R3)*IPt
Soit IPt =E/(RPt+R3)
D’où UPt = E-R3
UPt = E/ (RPt+R3)
UPt = (E*RPt)/(RPt+R3)
Expression de l'intensité IPt circulant dans la sonde de platine:
IPt =E/ (RPt+R3)
Expression de U1 =UMQ en fonction de E et de certaines résistances constituant le circuit:
U1= UMQ = UMP+UPQ
U1=UMP-UQP
U1 =E-R2*I1
Or E= (R1+R2)*I1
Soit I1 =E/ (R1+R2)
U1= (E-R2*E)/ (R1+R2)
U1=R1*E/ (R1+R2)
Expression U(θ) en fonction de E, R0, R1, R2, R3, A et θ :
U (θ) =UQN= UQM+UMN= -UMQ+UMN
U (θ) =UPt-U1
U (θ) =E*RPt/(RPt+R3) - E R1/ (R1+R2)
U (θ) = E*[RPt /( RPt + R3) -R1/ (R1+R2)]
Attention!
La sonde est utilisée dans de bonnes conditions quand l'intensité IPt ne dépasse pas 3 mA.
Au dessus, il y a des risques d'auto-échauffement. Ceux-ci s’expliquent par l'Effet Joule*.
4.2.3. PONT AVEC TROIS FILS
Mesure par pont en extension
Mise en pratique
Pour éviter de soumettre les trois résistances du pont à la même température que la sonde, on
sépare celle-ci du pont par une paire de fils de liaison.
Ces fils créent le problème suivant: l'impédance des fils de liaison affecte la lecture de la
température.
En effet, il est important de noter que la variation de la température des câbles entraîne dans tout
montage une variation de leurs résistances électriques.
La résistance d'un câble est liée, entre autre, à sa longueur mais aussi à la température du câble :
R : La résistance en Ω
: La résistivité en Ω.m pour une température donnée
l : la longueur du câble en m
S : la section du conducteur en m²
Les facteurs dont dépend la résistance d'un fil conducteur sont :
-
Influence de la longueur : Plus un fil est long, plus sa résistance est grande. La résistance d'un
fil est proportionnelle à sa longueur.
-
Influence de la grosseur : Plus un fil est fin, plus sa résistance électrique est grande. La
résistance d'un fil est inversement proportionnelle à l'aire de sa section, c'est à dire au carré
de son diamètre (si le fil a une section circulaire).
-
Influence de la nature du matériau : Certains métaux (argent, cuivre, or, aluminium) sont
meilleurs conducteurs que d'autres (fer, plomb). On réalise des alliages métalliques qui ont
des résistances électriques beaucoup plus importantes que les métaux qui les constituent.
-
Résistivité d'un matériau conducteur : On définit la résistivité
d'un matériau comme étant
la résistance d'un fil de longueur unité (1m) et de section unité (1m²), réalisé avec ce
matériau. Etant donné l'énormité de la section unité (1m²), la mesure de la résistivité d'un
métal exprimée en ohm-mètre est très faible (de l'ordre de 10^-8).
Cet effet peut être réduit au minimum en employant une configuration de pont en trois fils.
Si les fils A et B sont de la même longueur, leurs effets d'impédance s'annuleront parce que chacun
est dans une partie opposée du pont.
Le troisième fil, C, agit comme mesure dans lequel ne circule aucun courant.
Mesure par pont 3 fils
Mise en pratique
Le pont de Wheatstone représenté sur la figure crée un rapport non linéaire entre le changement de
résistance et le changement de tension de mesure du pont. Ceci nécessite une équation pour
convertir la tension de mesure du pont en impédance équivalente de sonde pt100.
5. LES TESTS
Une fois le capteur de température réalisé, j’ai pu mettre en place mon matériel et commencer mes
tests en température.
5.1.
5.1.1.
ESSAIS CLIMATIQUES
INSTALLATION
J’utilise l’étuve pour modifier la température. Dans celle-ci je place le prototype ainsi que la sonde
PT100 tandis qu’à l’extérieur, se trouve la partie du pont de Wheatstone avec les 3 résistances
stables ainsi que les deux multimètres pour permettre de faire l’acquisition de E et U.
5.1.2. CYCLES D’ESSAIS CLIMATIQUES
J’ai recommencé trois fois le cycle climatique de trois étapes pour plus de validité en attendant
24h entre chaque cycle. Les trois étapes sont les suivantes:
-
1er étape: échelons froids :
-
2éme étape: échelons chauds :
-
3éme étape: variations brutales de températures :
5.1.3. APPLICATION SUR EXCEL
Notre étuve n’étant pas fiable, il a fallu contrôler régulièrement la température à l’aide de notre
sonde PT100. Celle-ci étant montée en pont de Wheatstone, le montage nous fournissait une
tension.
J’ai donc réalisé un tableau Excel pour convertir, connaissant la tension fournie E et la tension U(θ)
(au milieu du pont), la température réelle de l’enceinte climatique.
Je me suis servie de la table de la résistance PT100 11 et j’ai tracé la courbe de la température en
fonction de la résistance de la sonde PT100 12 et je l’ai utilisée pour mes calculs.
11
Annexe 11 : Table de la résistance PT100
12
Annexe 12 : Courbe de la température en fonction de la résistance de la sonde PT100
Exemple : calcul de la température du laboratoire
J’ai répertorié les résultats dans trois tableaux 13. On peut voir que durant ces 3 étapes répétées, le
scellé a bien fonctionné. L’étendue de mesure de l’étuve étant de -50°C à 70°C, on a pu montrer que
le scellé possède une plage de fonctionnement de -50°C à 70°C.
5.2.
ESSAIS DE PRESSION
Pour les tests de variations de pression, j’ai utilisé un altimètre pour connaître la pression réelle dans
l’étuve.
5.2.1. INSTALLATION
La valeur de consigne de l’étuve n’étant pas étalonnée, j’utilise donc un altimètre calibre de
l’entreprise pour connaitre la pression à laquelle se trouve l’enceinte et donc le prototype.
5.2.2. CYCLES DE PRESSION
Pour connaitre la pression réelle appliquée au scellé électronique, je me suis placée à des altitudes
échelonnées sur l’altimètre puis j’ai cherché la pression correspondante (sachant que celle-ci est
légèrement modifiée en fonction de la température).
Comme pour les tests climatiques, j’ai effectué trois cycles en pression comportant deux étapes:
13
Annexe 13 : Tableaux des résultats pour les 3 cycles climatiques
-
Dépression :
-
Montée en pression :
J’ai réalisé un tableau regroupant les résultats pour les 3 cycles en pression 14.
14
Annexe 14 : Tableau des résultats pour les 3 cycles en pression
On remarque que durant ces 2 étapes répétées, le scellé a bien fonctionné. L’étendue de mesure de
l’étuve en pression étant de 200mbar à 960mbar, on a pu montrer que le scellé obtient une plage de
fonctionnement d’environ 250mbar à 980mbar.
5.3.
ESSAIS HYGROMETRIQUES
En raison d’un problème de pièce défectueuse (un tuyau de l’étuve destiné à l’évacuation du surplus
d’eau) et d’une rupture de stock du capteur commandé, ces essais n’ont pas pu être réalisés à temps.
6. LES COMPLEMENTS DE LA MISSION
En parallèle de ma mission principale et compte tenu de certains problèmes de fourniture, j’ai réalisé
d’autres études.
6.1.
ESTIMATION DE LA DUREE DE VIE DE NOTRE SCELLE
6.1.1. LA PILE LITHIUM CHLORURE DE THIONYLE AA
Li-SOCL2 fait partie de la catégorie des piles à cathode liquide.
Sa particularité est que le composé actif utilisé à la cathode est un liquide qui joue en même temps le
rôle de solvant de l’électrolyte. Les performances très élevées qu’il est possible d’obtenir avec ces
piles les rendent utiles pour de nombreuses applications professionnelles.
En effet, cette pile a un fort pouvoir énergétique, de 2 à 7 fois celui d’une pile alcaline, non
rechargeable, stable dans le temps. Elle est utilisée pour les appareils gourmands en énergie
(ordinateurs, appareils photos argentiques, calculatrices, flash, etc.). La tension d'une pile lithium au
chlorure de thionyle est de 3V ou 3,6V. Elle bénéficie d'un excellent fonctionnement 15 même à basse
température.
6.1.2. RESUME DES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES
■ Tension Nominale : 3,6V
■ Capacité en Ah
■Température d’utilisation : － 40℃ ～＋ 85℃
■Très faible taux d’autodécharge : ≤1 ％ par an
■Durée d’autodécharge: 10 ans
6.1.3. NORMES
Ces piles s’alignent souvent sur la norme UL1642. Cette norme décrit les essais obligatoires à
effectuer (chaud, chocs, charge, décharge sur court circuit, etc.) pour y adhérer. Ces piles sont aussi
15
Annexe 15 : Fonctionnement des piles de lithium
soumises à des restrictions concernant le transport (ARD* et IATA*) : restrictions devenues plus
sévères depuis janvier 2009. Certaines catégories de piles basées sur la quantité de lithium primaire
contenue sont interdites par certains moyens de transport ou doivent répondre à des exigences de
marquages spécifiques 16.
6.1.4. NOTRE PILE: PILE LITHIUM CHLORURE DE THIONYLE AA
Il existe différents types de pile de lithium 17.
L’équipe de conception du scellé a choisi la pile ci-dessous pour ses caractéristiques ainsi que ses
dimensions :
Capacité : 2200mAh
Chimie : Lithium Thionyle Chloride
Courant continu maximum : 55mA
Dimensions : 50.5 x 14.5mm
Gamme de température de fonctionnement : -55 → 70°C
Taille : AA
Tension nominale : 3,6V
Type de terminaison : Axial
6.1.5. REFLEXION SUR LA DUREE DE VIE DE NOTRE PILE
6.1.5.1.
EFFET DE LA TEMPERATURE
Une pile classique fonctionne de façon optimale aux environs de 20/25°C sinon les caractéristiques
changent.
Par exemple, des températures élevées peuvent provoquer des surcharges, des emballements
thermiques, une forte autodécharge, etc. alors que des températures négatives peuvent entrainer
des sous-charges, des destructions par le gel, etc.…
Au delà de 20°C, la capacité de la pile augmente légèrement, alors qu'en-dessous elle diminue
rapidement. Cependant, en aucun cas, il ne faut placer ses piles dans un endroit chaud pour profiter
de cette augmentation de capacité. Les effets secondaires cités plus haut sont beaucoup trop
néfastes. Lorsque la température monte, par exemple après 10 jours à 40°C, on constate une perte
d’efficacité de 20 à 30%.
La capacité des piles est aussi influencée par la température. Lorsque l'on exprime une capacité, par
exemple C100 50Ah, il s'agit toujours de la capacité à 20°C. Il s'agit de la température optimale de
fonctionnement pour une pile, celle sur laquelle les constructeurs se basent. Pour les piles au lithium,
l’autodécharge est extrêmement faible (moins de 1% /an) ce qui a pour conséquence directe de
pouvoir les stocker et les utiliser durant une longue période.
16
Annexe 16 : Dispositions spéciales des piles au lithium
17
Annexe 17 : Tableau des différentes piles de lithium
6.1.5.2.
L’EFFET PEUKERT
Il est établi que la capacité disponible d'une pile varie en fonction de la rapidité avec laquelle elle se
décharge.
Une pile fournit l'énergie qu'elle a stockée avec une certaine efficacité.
Cette efficacité est altérée lorsque le courant débité augmente.
C’est ce qu’on appelle : l’effet Peukert qui montre que la capacité Q d’une pile dépend du courant
débité. Ainsi, la même batterie peut être à la fois « C10, 90Ah » mais aussi « C20, 100Ah » ou « C100,
120Ah ». Plus on décharge la batterie lentement, plus elle est capable de fournir d’énergie au final.
n = constante propre à la pile (1, 2 ou 2 ou 3… en fonction de I)
CN indique la durée pendant laquelle on a déchargé la batterie (ici "N" heures). Une pile d’une
capacité C10 = 250Ah peut donc fournir un courant de 25 ampères pendant 10 heures. Courant x
durée = capacité, ou A x h = Ah.
C'est un outil très pratique pour la comparaison des piles entre elles cependant limité par l'effet
Peukert.
6.1.6. HYPOTHESE DE LA DUREE DE FONCTIONNEMENT DE CES ETAPES:
Les différents modes du scellé électronique seront notés :
(1) Attente du signal infrarouge de la douchette infrarouge (télécommande) (diode clignote
rouge)
(2) Recherche du signal de la porteuse de la radio (diode éteinte, Infrarouge allumée)
(3) Scellé électronique activé (diode clignote verte seulement)
(4) Mémorisation de l’heure de l’armement, du numéro d’immatriculation de la douchette
infrarouge, de l’ouverture du scellé
(5) En cas de litige, interrogation extérieure la mémoire interne
Tout d’abord, posons une durée maximale du bon fonctionnement de notre scellé.
Par exemple, on fait l’hypothèse que deux années correspondent à 100% de vie de la pile donc du
prototype.
On estime alors (1), (2), (4) et (5) à une durée de quelques jours.
(1) à quelques jours (5j) -> 0.6849% du temps de vie total du scellé
(2) à quelques minutes (30min) -> 0.0028538% du temps de vie total du scellé
(4). à quelques heures (1h) -> 0.005707% du temps de vie total du scellé
(5) à quelques jours (3j) -> 0.4109% du temps de vie total du scellé
D’où (3) est estimé à 98.89% du temps de vie total du scellé.
Ce raisonnement représente une idée de base pour m’aider à estimer le temps de vie du scellé ; sans
prendre en compte l’usure des composants, le stockage du produit avant utilisation ou tous autres
cas particuliers.
6.2.
ESSAIS SUR LA PILE
6.2.1. DECHARGE DE LA PILE
On a pu voir par hypothèse que la pile de lithium, c'est-à-dire le scellé électronique vivait environ les
99% de sa vie en mode (3) c'est-à-dire qu’il consomme 0,42 mA pendant cette période.
J’ai donc soudé la pile de 3.6 V à une résistance de 820 Ohms. On obtient donc un courant de 4,27mA
(proche de ce qu’on recherche). On étudie la décharge de cette pile. On relève quotidiennement la
tension aux bornes de la pile. On pratique deux relevés l’un à 9h et l’autre à 17h puis on calcule la
moyenne.
Mise en pratique
On trace ensuite la courbe de la tension de la pile en fonction des jours. On obtient alors la courbe de
décharge de notre pile 18.
On observe une chute brutale de la tension au bout du 26ème jour (exposée à une résistance de 820
Ω). On a pu vérifier que notre pile de chez RS (n’ayant pas de datasheet) évoluait comme l’informait
la datasheet d’une pile semblable commercialisée chez SAFT ou chez d’autres fournisseurs.
Le prototype n’étant pas terminé, sa consommation évolue régulièrement. J’ai donc réalisé un
tableau Excel qui permet de rentrer les informations et d’obtenir la durée de vie totale. En effet,
connaissant les consommations pour chaque mode et en faisant l’estimation en pourcentage de la
durée de ceux-ci, on parvient à estimer la durée de vie de notre scellé 19 .
18
Annexe 18 : Courbe de décharge
19
Annexe 19 : Estimation de la durée de vie du prototype suivant sa consommation
6.3.
6.3.1.
MISE EN PLACE D’UN SYSTEME INFORMATISE DANS L’ETUVE
RECHERCHES
Pour simplifier de futurs tests pratiqués sur tout appareil électrique, j’ai cherché à mettre en place
l’acquisition de l’intensité ou/et de la tension d’un appareil électronique à l’intérieur de l’étuve ainsi
que la température et de l’humidité réelle de celle-ci.
Les matériels d’acquisition de données par USB tirent parti des capacités Plug-and-Play de l’USB se
qui rendent leur installation aussi simple que la connexion d'une clé USB à un ordinateur.
NI Compact AQ est une plate-forme modulaire intégrant jusqu'à 256 voies et d'un débit en entrée
analogique de plus de 5 Méch. /s. J’ai choisi un NI USB 6008 20 plutôt qu’un NI USB - 6009 car celui-ci
est moins couteux du fait que son temps de réponse est moins élevé. Cependant, il correspond à nos
attentes.
Un débit de données élevé, une simplicité d'emploi, la fiabilité de communication ainsi que la
disponibilité sur les PC industriels et PC portables ont fait de l'USB une technologie de bus attrayante
pour un usage industriel.
De plus, ayant déjà travaillé sur celui-ci, il met plus facile de mettre en place ces acquisitions.
Le NI 6008 est USB pour le brancher directement à un ordinateur. Et c’est avec le logiciel LabVIEW
que je fais l’acquisition en fonction du temps d’une tension. Je dois donc transformer celle-ci en
température.
20
Annexe 20 : Datasheet de NI 6008
6.3.2. MISE AU POINT DE L’ACQUISITION
On utilise cette carte caractérisée par 8 entrées analogiques ainsi que 8 entrées numériques. Il existe
deux modes de branchements: le mode référence masse et le mode différentiel.
-Mode différentiel : Ce mode fournit des mesures plus précises que le mode RM car il permet
à l'amplificateur de rejeter la tension de mode commun ainsi que les autres bruits de mode
commun présents dans le signal. Cependant pour un même nombre d'entrées donné, le
mode différentiel va « consommer » deux fois plus d'entrées que le mode RM car une entrée
sur deux est utilisée comme sortie.
-Mode référence masse : Le mode référence masse possède un inconvénient important, la
différence de potentiel mesurée entre l'entrée et la masse est rarement une tension
continue. En effet, la masse servant de référence, on relève souvent des éléments provenant
des lignes de tension qui viennent perturber nos mesures.
6.3.3. CONSTRUCTION LABVIEW
Le diagramme et la face avant effectués avec le logiciel Labview pour faire l’acquisition des mesures
sont en cours de réalisation.
7.
NOS RESULTATS
Mon stage, presque terminé, j’ai établi le calendrier 21 réel du déroulement de mes activités pendant
ces 10 semaines d’immersion en entreprise.
De plus, il est indispensable de regrouper les résultats obtenus lors de mes essais :
[LE SCELLE ELECTRONIQUE]
Par Jolliet Innovation
Limites physiques de bon fonctionnement :
-Température maximale : 70°C
-Température minimale : -50°C
-Pression maximale : 980mbar
-Pression minimale : 250mbar
-Durée de vie : 216 jours
-Courant nominal (en mode principal*) : 4.27mA
*mode lorsque le scellé est armé
21
Annexe 21 : Calendrier de mes activités
CONCLUSION
J’ai effectué mon stage de fin d’étude obligatoire pour valider mon Diplôme Universitaire de
Technologie en Mesures- Physiques au sein de l’entreprise Jolliet Innovation. Lors de ce stage de 10
semaines, j’ai pu mettre en pratique certaines de mes connaissances théoriques acquises durant ma
formation. De plus, je me suis directement confrontée aux difficultés réelles du monde du travail.
Après ma rapide intégration dans l’équipe, j’ai eu l’occasion d’effectuer de nombreuses
recherches. Notamment en ce qui concerne la mise en place de protocoles, les normes et validations
nécessaires dans le domaine du développement d’un appareil électronique et de sa mise sur le
marché.
La première partie de mon stage a consisté à réaliser ma mission, mise au point par le
responsable de la société qui était de définir les caractéristiques (pression, hygrométrie,
température, mécanique) de notre scellé électronique.
Puis dans un deuxième temps, j’ai réalisé plusieurs tâches qui me semblaient dans la continuité de
ma mission de stage : durée de vie du prototype et systèmes de relevés automatiques de l’étuve.
Chacune de ces tâches, utile au service ainsi qu’au bon déroulement d’une des activités de
l’entreprise, se sont inscrites dans la stratégie de l’étude et du développement de notre scellé
électronique. Durant ce stage, j’ai pu aborder certains domaines d’activités étudiés durant mes deux
ans à l’IUT de Mesures-Physiques notamment l’électronique et l’instrumentation : interfaçage,
acquisition et traitement de données…
Cette expérience en entreprise m’a aidée à mieux connaitre le monde du travail avec ses
difficultés et ses points positifs : confrontation aux problèmes de gestion de temps (retards d’envois
par les fournisseurs ne m’ayant pas permis de rendre ce stage complet d’un point de vue pratique),
obligation de planifier son travail en fonction de la disponibilité de l’équipe et d’éléments extérieurs
à l’entreprise mais aussi, découverte d’un réel travail en équipe avec des relations sympathiques, une
grande disponibilité à mon égard et ce, dans un environnement paisible.
Ce séjour dans l’entreprise Jolliet innovation constitue désormais pour moi une expérience
professionnelle valorisante et encourageante pour mon avenir et représente une bonne préparation
à une future insertion professionnelle.
LEXIQUE
Datasheet : mot anglais pour parler de la fiche technique d’un composant électronique.
Effet Joule : manifestation thermique de la résistance électrique. Elle se produit lors du passage d'un
courant électrique dans un matériau conducteur. Le courant électrique est assuré par le
déplacement des charges électriques. Ces porteurs de charge en mouvement interagissent avec les
atomes du milieu dans lequel ils se déplacent ce qui constitue un frein, une résistance à leurs
déplacements. Il y a dissipation d'énergie électrique sous forme de chaleur.
GTM : heure moyen de Greenwich, en anglais Greenwich Mean Time (GMT), est l'heure solaire
moyenne au méridien de Greenwich, méridien d’origine des longitudes, traversant l’observatoire
royal de Greenwich, près de Londres en Angleterre.
Infrarouge : rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur
d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.
Intensive : en physique et en chimie, une variable intensive est une quantité qui ne dépend pas de la
quantité de matière. C'est le contraire d'une variable extensive.
Lithium : élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3. Il fait parti des métaux alcalins,
il est très réactif et est généralement conservé dans de l'huile minérale pour le préserver de l'air.
Oxydant : espèce chimique qui capte les électrons.
Photodiode : composant semi-conducteur ayant la capacité de détecter un rayonnement du domaine
optique et de le transformer en signal électrique.
Pic : unité de traitement et d’exécution de l'information à laquelle on a ajouté des périphériques
internes permettant de réaliser des montages sans nécessiter l’ajout de composants annexes. Un
microcontrôleur (PIC) peut donc fonctionner de façon autonome après programmation.
Plug and Play : procédure permettant aux périphériques récents d'être reconnus rapidement et
automatiquement par le système d'exploitation dès le branchement du matériel, et sans
redémarrage de l'ordinateur. Cela signifie « branche et utilise ».
Quartz : composant électronique qui possède comme propriété utile d'osciller à une fréquence
stable lorsqu'il est stimulé électriquement. Les propriétés remarquables du minéral de quartz
permettent d'obtenir des fréquences d'oscillation très précises, ce qui en fait un élément important
en électronique numérique ainsi qu'en électronique analogique.
Thermodynamique : science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands
systèmes en équilibre.
BIBLIOGRAPHIE
www.france.ni.com
www.abc.electronique.fr
www.alldatasheet.fr
www.fr.farnell.com
www.radiospares-fr.rs-online.com
www.smartec.fr/intl/fr/temperature.php
www.smartec.fr/intl/fr/humidity.php
www.smartec.fr/intl/fr/pressure.php
www.smartec.fr/intl/fr/utikit.php
www.smartec.fr/intl/fr/support.php
www.pobot.org/Capteur-d-humidite-resistif.html
www.pjrc.com/teensy/
http://fr.wikipedia.org
Document de l’IUT de Montpellier M-Ph: TP LabVIEW 2011 et 2012
Lucile Baurand
Etudiante en 2ème année Mesures Physiques
ANNEXES
11 avril – 15 juin 2012
Etude des limites physiques
d’un système de scellé
électronique
Société : Jolliet Innovation
Rue du Pommier
39 100 GEVRY
Tuteur : Jean-Michel Pfister
SOMMAIRE
Annexe 1 : Caractéristiques techniques des composants électroniques…………………..……………3
Annexe 2 : Réalisation du circuit imprimé………………………………………………………………..………...10
Annexe 3 : Calendrier prévisionnel………………………………………………………………………………………13
Annexe 4 : Sonde PT 100 1.6x1.2mm Classe B……………………………………………………………………..14
Annexe 5 : Fonctionnement de la sonde……………………………………………………………………………..15
Annexe 6 : Capteur d’humidité H6 100………………………………………………………………………………..17
Annexe 7 : Accréditation COFRAC……………………………………………………………………………………….19
Annexe 8 : Courrier envoyé à SERCOVAM……………………………………………………………………………22
Annexe 9 : Courrier envoyé à METRACEM…………………………………………………………………………..23
Annexe 10 : Schéma des montages……………………………………………………………………………………..24
Annexe 11 : Table de la résistance PT100……………………………………………………………………………25
Annexe 12 : Courbe de la température en fonction de la résistance de la sonde PT100……..27
Annexe 13 : Tableaux des résultats pour les 3 cycles climatiques….……………………………………28
Annexe 14 : Tableau des résultats pour les 3 cycles en pression………………………………………….31
Annexe 15 : Fonctionnement des piles au lithium……………………………………………………………….32
Annexe 16 : Dispositions spéciales des piles au lithium……………………………………………………….34
Annexe 17 : Tableau des différentes piles au lithium………………………………………………….………39
Annexe 18 : Courbe de décharge…………………………………………………………………………….………….40
Annexe 19 : Estimation de la durée de vie du prototype suivant sa consommation…….………41
Annexe 20 : Datasheet de NI 6008………………………………………………………………………………………42
Annexe 21 : Diagramme de Grantt final..……………………………………………………………………………46
Annexe 1 :
Annexe 1 :
Caractéristiques techniques des composants électroniques
Pile lithium chlorure de thionyle AA
Capacité: 2200mAh
Chimie: Lithium Thionyle Chloride
Courant continu maximum: 55mA
Dimensions: 50.5 x 14.5mm
Gamme de température de fonctionnement: -55 → 70°C
Taille: AA
Tension nominale: 3.6V
Type de terminaison: Axial
IR Remote Receiver 36KHz 45m
Courant de sortie: 5mA
Courent d'alimentation: 1.05mA
Distance de transmission: 45m
Fonction: Récepteur IR distant
Fréquence de la sous-porteuse: 36kHz
Hauteur du produit: 6.95mm
Largeur du produit: 5.6mm
Longueur du produit : 6mm
Montage: Montage traversant
Nombre de broches: 3
Orientation de vision: 90°
Température d'utilisation max.: 85°C
Température d'utilisation min.: -25°C
Tension d'alimentation max.: 5.5V
Tension d'alimentation min.: 2.7V
Tension d'alimentation typique: 3, 5V
5MM LED TRICLR CC RED/GRN
Angle de vision: 60°
Apparence de la lentille: Lumière incolore diffusante
Boîtier: 5 mm
Catégorie: LED standard
Couleur: Vert/Rouge
Courant direct max.: 25/30mA
Dimensions de la lentille: 5x5x7.6mm
Fonction: LED
Intensité: 50, 60mcd
Longueur d'onde crête: 565/627nm
Longueur d'onde dominante: 568/625nm
Longueur du produit: 5.9mm
Matériau de la LED: GaP, GaAsP
Nombre de LEDs: 2
Puissance dissipée max.: 105mW
Sous-catégorie: Montage supérieur
Tension directe max. par couleur: 2.5V
Tension inverse: 5V
Type: Deux couleurs
Type de boîtier de la lentille: Circulaire
Receiver module -109dB 433MHz SMD (receveur)
Fréquence: 433MHz
Modulation: FSK
Plage: 300m
Vitesse de transfert de données: 115200bps
5dB transmitter module 433MHz SMD (émetteur)
Fréquence: 433MHz
Modulation: FSK
Plage: 300m
(Par la suite on le remplacera sans doute le module suivant)
5dB transceiver module 433MHz SMD (émetteur-récepteur)
Fréquence: 433MHz
Modulation: FSK
Plage: 300m
RTC I2C, 1 Ko EE, SRAM 64 o
Boîtier: SOIC N
Fonction: Horloge/Calendrier/Alarme/Batterie de secours
Format de données: DW:DM:M:Y
Format de l'heure: HH:MM:SS
Montage: Montage en surface
Ram utilisateur: 64Octet
Température de fonctionnement Maximum: 85°C
Température de fonctionnement Minimum: -40°C
Tension d'alimentation de fonctionnement Maximum: 5.5V
Tension d'alimentation Typique: 2.5, 3.3, 5V
Tension de fonctionnement Minimum: 1.8V
Type du bus: Série (2 fils, I2C)
MOSFET N/P Dual 0.115A 60/50V SOT363-6
Boîtier: SOT-363
Capacitance d'entrée Typique @ Vds: 22pF
Catégorie: Petits signaux
Configuration: Double
Courant Drain continu Maximum: 0.13A
Dissipation de la puissance Maximum: 200mW
Mode du canal: Enrichissement
Nombre d'éléments par circuit: 2
Résistance Drain Source Maximum Rds max: 7.5Ω.
Temps du délai d'ouverture Typique: 10ns
Temps du délai de fermeture Typique: 18ns
Tension Drain Source Maximum VDS max: 60V
Tension Grille Source Maximum VGS max: ±20V
Type de canal: N,P
Capacité électrolytiqueHC SMT6, 3Vcc330uF
Capacité: 330μF
Courant d'ondulation: 230mA
Courant de fuite: 3μA
Diamètre: 8mm
Durée de vie: 5000hrs
Fabrication: Cylindrique
Hauteur: 10.2mm
Température d'utilisation maximum: 105°C
Température d'utilisation minimum: -40°C
Tension: 6.3Vcc.
Tolérance: 20%
Type: Electrolytique
IR Emitter Photodiode 5mm, 940nm 22deg
Angle de vision: 44°
Boîtier: 5 mm
Catégorie: IrLED
Courant direct max.: 100mA
Dimensions de la lentille: 5x5x7.7mm
Fonction: LED
Intensité: 350mW/sr
Longueur d'onde crête: 940nm
Matériau de la LED: GaAlAs
Nombre de LEDs:1
Puissance dissipée max.: 160mW
Sous-catégorie: Montage supérieur
Tension directe max. par couleur: 3V
Tension inverse: 5V
Type: IrLED
Type de boîtier de la lentille: Circulaire
Diode Schottky 20V 0.5A SOD323
Boîtier: UMD
Configuration: Simple
Courant direct continu Maximum: 0.5A
Courant inverse crête: 200μA
Courant non répétitif de surcharge accidentelle: 10A
Tension direct de crête: 0.39V
Tension répétitive inverse crête: 20V
Type: Diode Schottky
Résistance 0,10W 1% 10K
Boîtier: 0603
Coefficient de temperature: ±100ppm/°C
Hauteur: 0.45mm
Longueur: 1.55mm
Profondeur: 0.85mm
Puissance nominale: 0.1 W
Taille du boîtier: 0603
Technologie: Couche épaisse
Tolérance: 1%
Type de boîtier: Moulé
Valeur de résistance: 10kΩ
RESIST 0603 100R
Boîtier: 0603
Coefficient de temperature: ±200ppm/°C
Hauteur: 0.45mm
Longueur: 1.6mm
Profondeur: 0.8mm
Puissance nominale: 0.1 W
Taille du boîtier: 0603
Technologie: Couche épaisse
Tolérance: 1%
Type de boîtier: Moulé
Valeur de résistance: 100Ω.
CONDO 100NF 16V
Boîtier: 0603
Capacité: 100nF
Diélectrique: X7R
Fabrication: Plat
Hauteur: 0.8mm
Longueur: 1.6mm
Profondeur: 0.8mm
Tension: 16V c.c.
Tolérance: 10%
Type de boîtier: CMS céramique
RALTRON - R26-32.768- 12.5 - CRYSTAL FREQUENCY, 32.768KHZ
CRYSTAL FREQUENCY: 32.768KHZ
Fréquence: 32.768 kHz
Tolérance en fréquence: ± 10ppm
Capacité, charge: 12.5pF
Température de fonctionnement: -20°C à +60°C
Type de montage Quartz: Traversant
Crystal Case Type: Cylindre
Fréquence, sortie: 32.768 kHz
Précision: ± 20ppm
Annexe 2 :
Réalisation du circuit imprimé
Le typon (typon du scellé électronique réalisé par Pierre GUILLAUME)
Création du typon
On utilise un logiciel spécial pour réaliser le typon. Certains logiciels permettent de passer
directement du schéma au typon.
Découpe d’une plaquette
A la découpeuse.
Impression
Sur transparent avec une imprimante jet d'encre:
Il faut acheter des transparents pour imprimante jet d'encre. (Attention aux marques: car on
n’obtient pas toujours de bons résultats).
L’imprimante doit être précise.
On configure l’imprimante au maximum de ses capacités (impression sur transparent ou
papier glacé).
Il vaut mieux que l'encre soit du coté du circuit (moins de diffraction). Cependant, on sait
que parfois l'encre réagit avec le vernis du circuit. On imprime donc pour que l'encre soit du
coté de l'insoleuse. Le mieux est de faire des essais.
Insolation
Nous utilisons l'insoleuse, son gros défaut est de ne pas appuyer uniformément sur le circuit
car celle-ci est endomagée. On doit appuyer pour compenser ce défaut.
Un temps d'insolation de 120 secondes donne de bons résultats (mais celui-ci dépend des
plaques et de l'insoleuse).
Révélation
On mélange dans un petit bac: 250mL d'eau et environ 6mL de lessive de soude à 33%.
On place la plaque, on agite, et on peut enlever ce qui reste en frottant légèrement la plaque
avec de l'essuie tout.
Attention, il ne faut plus qu'il reste de vernis à l'endroit où il n'y a pas de piste, sinon la
gravure fonctionne mal.
Gravure
La solution utilisée est du perchlorure. Ce produit est dangereux (car il est très concentré).
A manipuler avec précaution!
Effacer le vernis
On utilise de l'acétone et un chiffon pour nettoyer un peu notre circuit.
Etamage
L’étamage empêche l'oxydation du circuit, et facilite le soudage. Son avantage est qu'il n'y a
besoin d'aucun matériel spécial simplement un fer à souder et de la pate d'étain.
Perçage
On utilise une perceuse à colonne avec celle-ci on peut régler la vitesse et les forets.
Soudage
On utilise un simple fer à souder et de l’étain.
Annexe 3 :
Calendrier prévisionnel
Annexe 4 :
Sonde PT 100 1.6x1.2mm Classe B
Annexe 5 :
Fonctionnement de la sonde
Pour la sonde PT100 seule, il existe une relation entre la température et la valeur ohmique
de celle-ci calculée par Callendar puis, plus tard, affinée par Van Dusen; Cette équation est
nommée Callendar-Van Dusen (CVD) :
Rt = R0 + R0*α[t - δ ((t/100) - 1)(t/100) – β((t/100) - 1)(t/100)3 ]
Rt = résistance à T°C,
R0 = résistance à 0°C,
α = coefficient de température à 0°C en Ω/Ω/°C,
δ = coefficient de linéarisation,
β = deuxième coefficient de linéarisation pour les valeurs négative de température (β = 0
pour T > 0°C).
Par la suite cette équation a été transformée pour pouvoir être utilisée plus facilement avec
les coefficients A, B et C donnée par la norme DIN 43760 (IEC 751) et les fiches techniques
des composants :
Rt = R0 [1 + At + Bt2 – C(t – 100)t3 ]
Avec les conversions suivantes
A = α + (αδ)/100
B = - (αδ)/1002
C = - (αδ)/1004
Ces trois valeurs α représentent les trois principales spécifications pour les sondes PT100 :
1/ 0,003850 Ω/Ω/°C : Normalisation DIN 43760, IEC 751 et autres spécifications
internationales, nommées Standard Européen.
2/ 0,003926 Ω/Ω/°C : Nécessite un platine pur à 99,999% ou mieux, nommé Standard
Américain.
3/ 0,3911 Ω/Ω/°C : Souvent nommée Standard Industriel U.S.
L'équation CVD permet une bonne linéarisation de la sonde, ± 0.01°C entre -100°c et +100°C
mais l'erreur augmente rapidement avec les hautes températures.
De plus, cette équation calcule la résistance en fonction de la température; ce qui est
l'inverse des utilisations les plus courantes : température en fonction de la résistance.
Pour convertir la valeur de résistance de la sonde en température, on est obligé d'utiliser
une équation quadratique du 2e dégré, qui est, en quelque sorte, la réciproque de l'équation
CVD, mais uniquement pour les températures supérieure à 0°C.
Pour les températures inférieures à 0°C, l'équation CVD est trop complexe à résoudre, aussi
l'emploi des approximations successives s'impose :
L'équation de calcul « linéaire » de la résistance d'une sonde Pt100 en fonction de la
température est :
Rt = R0(1 + αT)
Rt = résistance à T°C,
R0 = résistance à 0°C (100 Ω),
α = coefficient de température de la sonde (0,00385Ω/Ω/°C),
T = la température en °C.
On en déduit l'équation inverse de calcul de la température à partir de la valeur de la
résistance de la sonde :
On peut alors tracer la coube T=f(R) grâce à la datasheet de notre sonde PT100 qui nous
donne α=0,003851 Ω /°C.
Annexe 6 :
Capteur d’humidité H6 100
Annexe 7 :
Accréditation COFRAC
Annexe 8 :
Courrier envoyé à SERCOVAM
[email protected]
Bonjour,
L’entreprise Jolliet Innovation, spécialisée dans le développement électronique, réalise un
appareil électronique pour assurer des suivis de colis. Celui-ci pourra être amené à
rencontrer tous types d’environnement. Actuellement, une série de tests basée sur les essais
Halt est réalisée.
Dans notre laboratoire, nous n’effectuons que les essais échelonnés froids ou chauds ainsi
que les variations rapides de températures. Nous souhaiterions avoir des informations et des
conseils sur vos tests mécaniques (essais de chocs et vibrations) ainsi que sur vos tests de
vibrations réalisés en ambiance climatique chaude et froide que vous mentionnez sur le site
de votre entreprise. C’est dans ce cadre que nous souhaiterions vous rencontrer pour
prendre connaissance de vos suggestions et par la suite obtenir votre devis.
Cordialement
Lucile BAURAND (stagiaire chez Jolliet Innovation)
JOLLIET INNOVATION
Rue du pommier
39100 Gevry
Tél : 03 84 71 01 99
Fax : 03 84 71 01 67
Annexe 9 :
Courrier envoyé à METRACEM
[email protected]
Bonjour,
Nous sommes spécialisés dans le développement de produits électroniques. Nous
développons un système pour assurer des suivis de colis. Celui-ci pourra être amené à
rencontrer tous types d’environnement.
Actuellement, nous sommes en cours de réalisation d’une série de tests basée sur les essais
Halt. Nous assurons les essais échelonnés froids ou chauds ainsi que les variations rapides de
températures.
Pour tester complètement notre produit, nous vous demandons de bien vouloir nous
présenter tous les tests que vous pouvez réaliser et nous accompagner dans les mises à
l’épreuve de cet appareil.
C’est dans ce cadre que nous souhaiterions vous rencontrer pour prendre connaissance de
vos suggestions et par la suite connaitre vos conditions.
Cordialement
Lucile BAURAND (stagiaire chez Jolliet Innovation)
JOLLIET INNOVATION
Rue du pommier
39100 GEVRY
Mobile : 06 84 46 77 50
Tel : 03 84 71 01 99
Fax : 03 84 71 01 67
Annexe 10 :
Schéma des montages
Pont de Wheatstone
Annexe 11 :
Table de la résistance PT100
Annexe 12 :
Courbe de la température en fonction de la résistance de la sonde PT100
Annexe 12 :
Tableaux des résultats pour les 3 cycles climatiques
Annexe 13 :
Tableau des résultats pour les 3 cycles en pression
Annexe 14 :
Fonctionnement des piles au lithium
Cette particularité conduit lors de la réalisation de la pile, et plus précisément lors de
l’introduction de la solution électrolytique, à un premier état de court-circuit interne puisque
ce composé actif se retrouve en contact direct avec la matière active de l’anode : le lithium
métallique (le plus léger des matériaux), très réducteur. Ce court-circuit n’est cependant pas
de longue durée puisque la réaction spontanée entre le lithium et le chlorure de thionyle
conduit à la formation d’une couche constituée principalement de chlorure de lithium, qui
est suffisamment isolante pour séparer alors le milieu liquide cathodique de l’anode,
empêchant une progression rapide de l’autodécharge résultant de ce court-circuit interne.
Lors de la décharge, le lithium est oxydé progressivement et les ions lithium formés passent
en solution. À l’électrode positive, constituée d’un collecteur comportant une composition
carbonée poreuse, les ions chlore issus de la réaction de réduction forment, avec les ions
lithium de la solution, du chlorure de lithium insoluble dans le chlorure de thionyle. Celui-ci
se dépose dans la porosité de cette électrode, alors que le soufre et le dioxyde de soufre
formés sont solubles dans l’électrolyte
Fonctionnement d’une pile Lithium-Chlorure de thionyl:
À l'anode, le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li+):
À la cathode, c'est une réduction faisant intervenir le chlorure de thionyle (SOCl2) qui se
produit:
Les électrons libérés d'un côté et consommés de l'autre circulent pour donner un courant
électrique. Soit une équation globale:
La pile s'arrête donc de fonctionner lorsque le lithium est entièrement consommé, ou que le
réactif de cathode (ici, chlorure de thionyle) est entièrement consommé. Les piles au lithium
ne sont pas rechargeables, seuls les accumulateurs électriques le sont.
Technologies de pile:
Selon le type d’application, on utilise différentes structures d’électrodes:
- Spiralées pour les applications de puissance
- Concentrique pour les décharges prolongées.
Les piles de structure dite bobine (figure a) comportent en
fait deux électrodes concentriques épaisses, l’une de lithium
généralement placée au centre et la seconde d’une
composition carbonée poreuse à la périphérie, isolées par un
séparateur en forme de godet. Cette structure est
généralement utilisée pour obtenir de fortes énergies
massiques.
Les piles de structure dite spiralée (figure b) comportent deux
électrodes planes rectangulaires fines dont la largeur devra loger
dans la hauteur du godet et dont la longueur est telle que, Pile LiSOCL2 une fois enroulées sur elles-mêmes, elles constituent un
cylindre dont le diamètre permet son introduction dans le godet
prévu à cet effet. Cette structure est généralement utilisés pour
obtenir des puissances continues plus importantes; les collecteurs
ont en effet une surface développée bien supérieure dans ce cas et
permettent de mieux drainer les charges au sein des matières
actives (meilleure accessibilité des sites réactifs).
Annexe 16 :
Dispositions spéciales pour de piles au lithium
ADR (American Depositary Receipt)
Les piles au lithium métal sont des marchandises dangereuses. Elles sont donc généralement
soumises aux dispositions relatives au transport, suivant le mode de transport. Cependant, la
plupart des piles Lithium produites ne sont pas classées comme marchandises dangereuses
lorsqu’elles répondent aux conditions suivantes:
- Les batteries contiennent une quantité totale ne dépassant pas 2 g de lithium ou d’alliage
de lithium, les éléments de piles ne dépassent pas 1 g de lithium (voir tableau 1) ;
- Les piles ont été soumises aux épreuves ONU;
-Les piles doivent être séparées les unes des autres dans des emballages intérieurs qui les
enferment complètement afin d’éviter tout court-circuit;
-Par l’intermédiaire d’avertissements sur le colis et dans les documents d’expédition, il est
constaté qu'il contient des piles au lithium et qu’en cas d’endommagement, le colis doit être
mis de côté, examiné et placé dans un nouvel emballage;
-La masse brute ne doit pas dépasser 30 kg par colis.
Disposition spéciale 188
Les piles et batteries présentées au transport ne sont pas soumises aux autres dispositions
de l'ADR si elles satisfont aux conditions énoncées ci-après:
a) Pour une pile au lithium métal ou à alliage de lithium, le contenu de lithium n'est pas
supérieur à 1 g, et pour une pile au lithium ionique, l'énergie nominale en wattheures ne
doit pas dépasser 20 Wh;
b) Pour une batterie au lithium métal ou à alliage de lithium, le contenu total de lithium n'est
pas supérieur à 2 g, et pour une batterie au lithium ionique, l'énergie nominale en
wattheures ne doit pas dépasser 100 Wh. Dans le cas des batteries au lithium ionique
remplissant cette disposition, l'énergie nominale en wattheures doit être inscrite sur
l'enveloppe extérieure, à l'exception de celles fabriquées avant le 1er janvier 2009 qui
peuvent être transportées conformément à cette disposition spéciale et sans ce marquage
jusqu'au 31 décembre 2010;
c) Il a été démontré que le type de chaque pile ou batterie au lithium satisfait aux
prescriptions de chaque épreuve de la sous-section 38.3 de la troisième partie du Manuel
d'épreuves et de critères;
d) Les piles et les batteries, sauf si elles sont installées dans un équipement, doivent être
placées dans des emballages intérieurs qui les enferment complètement. Les piles et
batteries doivent être protégées de manière à éviter tout court-circuit. Ceci inclut la
protection contre les contacts avec des matériaux conducteurs, contenus à l'intérieur du
même emballage, qui pourraient entraîner un court-circuit. Les emballages intérieurs
doivent être emballés dans des emballages extérieurs robustes conformes aux dispositions
des 4.1.1.1, 4.1.1.2 et 4.1.1.5;
e) Les piles et les batteries, lorsqu'elles sont montées dans des équipements, doivent être
protégées contre les endommagements et les courts-circuits, et l'équipement doit être
pourvu de moyens efficaces pour empêcher leur fonctionnement accidentel. Lorsque des
batteries sont installées dans un équipement, ce dernier doit être placé dans des emballages
extérieurs robustes, construits en matériaux appropriés, et d'une résistance et d'une
conception adaptées à la capacité de l'emballage et à l'utilisation prévue, à moins qu'une
protection équivalente de la batterie ne soit assurée par l'équipement dans lequel elle est
contenue;
f) À l'exception des colis contenant au plus quatre piles montées dans un équipement ou au
plus deux batteries montées dans un équipement, chaque colis doit porter les marquages
suivants:
i) Une indication que le colis contient des piles ou des batteries "au lithium métal" ou
"au lithium ionique" comme approprié;
ii) Une indication que le colis doit être manipulé avec soin et qu'un risque
d'inflammabilité existe si le colis est endommagé;
iii) Une indication que des procédures spéciales doivent être suivies dans le cas où le
colis serait endommagé, y compris une inspection et un remballage si nécessaire;
iv) Un numéro de téléphone à consulter pour toute information supplémentaire;
g) Chaque envoi d'un colis ou de plusieurs colis marqués conformément à l'alinéa f) doit être
Accompagné d'un document comprenant les informations suivantes:
i) Une indication que le colis contient des piles ou des batteries "au lithium métal" ou
"Au lithium ionique" comme approprié;
ii) Une indication que le colis doit être manipulé avec soin et qu'un risque
d'inflammabilité existe si le colis est endommagé;
iii) Une indication que des procédures spéciales doivent être suivies dans le cas où le
colis serait endommagé, y compris une inspection et un remballage si nécessaire;
iv) Un numéro de téléphone à consulter pour toute information supplémentaire;
h) Sauf lorsque les batteries sont montées dans un équipement, chaque colis doit pouvoir
résister à une épreuve de chute d'une hauteur de 1,2 m, quelle que soit son orientation, sans
que les piles ou batteries qu'il contient soient endommagées, sans que son contenu soit
déplacé de telle manière que les batteries (ou les piles) se touchent, et sans qu'il y ait
libération du contenu; et
i) Sauf lorsque les batteries sont montées dans un équipement ou emballées avec un
équipement, la masse brute des colis ne doit pas dépasser 30 kg. Ci-dessus et ailleurs dans
l'ADR, l'expression "contenu de lithium" désigne la masse de lithium présente dans l'anode
d'une pile au lithium métal ou à alliage de lithium. Des rubriques séparées existent pour les
batteries au lithium métal et pour les batteries au lithium ionique pour faciliter le transport
de ces batteries pour des modes de transport spécifiques et pour permettre l'application des
actions d'intervention en cas d'accident.
Disposition Spéciale 230
La présente rubrique concerne les piles et les batteries contenant du lithium sous quelque
forme que ce soit, y compris les piles et batteries au lithium à membrane polymère ou au
lithium ionique.
Les piles et batteries au lithium peuvent être transportées sous cette rubrique si elles
satisfont aux dispositions ci-après:
a) Il a été démontré que le type de chaque pile ou batterie satisfait aux prescriptions de
chaque épreuve de la sous-section 38.3 de la troisième partie du Manuel d'épreuves et de
critères;
b) Chaque pile ou batterie comporte un dispositif de protection contre les surpressions
internes, ou est conçue de manière à exclure tout éclatement violent dans les conditions
normales de transport:
c) Chaque pile ou batterie est munie d'un système efficace pour empêcher les courts-circuits
externes;
d) Chaque batterie formée de piles-éléments, ou de séries de piles-élément reliées en
parallèle, doit être munie de moyens efficaces pour arrêter les courants inverses (par
exemple diodes, fusibles, etc.)
Les prescriptions des épreuves de la sous-section 38.3 du Manuel d'épreuves et de critères
ne s'appliquent pas aux séries de productions se composant d'au plus 100 piles et batteries
ou aux prototypes de pré-production des piles et batteries lorsque ces prototype sont
transportés pour être éprouvés si:
a) Les piles et batteries sont transportées dans un emballage extérieur de fûts en métal, en
plastique ou en contre-plaqué ou avec une caisse extérieure en bois, en métal ou en
plastique répondant aux critères pour le groupe d'emballage I; et
b) Chaque pile ou batterie est individuellement emballée dans un emballage intérieur placé
dans l'emballage extérieur et entourée d'un matériau de rembourrage non combustible et
non-conducteur.
a) Les piles contenues dans un équipement ne doivent pas pouvoir être déchargées pendant
le transport au point que la tension à circuit ouvert soit inférieure à 2 volts ou aux deux tiers
de la tension de la pile non déchargée, si cette dernière valeur est moins élevée;
b) Les piles et batteries au lithium usagées, dont la masse brute ne dépasse pas 500 g,
recueillies et présentées au transport en vue de leur élimination entre les points de collecte
pour les consommateurs et les lieux de traitement intermédiaire, en mélange avec des piles
ou batteries autres qu'au lithium, ne sont pas soumises aux autres dispositions de l'ADR si
elles satisfont aux conditions suivantes:
i) Les dispositions de l'instruction P903b sont respectées;
ii) Un système d'assurance de la qualité est mis en place garantissant que la quantité
totale de piles et batteries au lithium dans chaque unité de transport ne dépasse pas
333 kg;
iii) Les colis portent la marque: "PILES AU LITHIUM USAGÉES".
IATA (International Air Transport Association)
Disposition particulière IATA A45
Les dispositions de la disposition particulière A45 ont été incorporées dans les instructions
d'emballage pour les piles au lithium métal ou au lithium ionique (voir la partie 1 de
l'instruction d'emballage 965, 966 ou 967 pour les piles au lithium ionique, les piles au
lithium ionique contenues dans un équipement ou les piles au lithium ionique emballées
avec un équipement, respectivement, et la partie 1 de l'instruction d'emballage 968, 969 ou
970 pour les piles au lithium métal, les piles au lithium métal contenues dans un équipement
ou les piles au lithium métal emballées avec un équipement, respectivement.
Les piles et batteries au lithium prototypes devant être testées qui sont emballées par
groupes ne dépassant pas 24 piles ou 12 batteries par colis et qui n'ont pas été testées
conformément aux prescriptions des épreuves de la sous-section 38.3 du Manuel d'épreuves
et de critères de I'ONU peuvent être transportées par avion cargo si les autorités
compétentes de l'Etat d'origine l'autorisent et si les prescriptions suivantes sont satisfaites:
a) Les piles et batteries doivent être transportées dans un emballage extérieur constitué
d'un fût en métal, en plastique ou en contre-plaqué ou d'une caisse extérieure en bois, en
métal ou en plastique répondant aux critères des emballages du groupe d'emballage I; et
b) Chaque pile ou batterie est individuellement emballée dans un emballage intérieur placé
dans l'emballage extérieur et entourée d'un matériau de rembourrage non combustible et
non conducteur. Les cellules et les batteries doivent être protégées contre les courts-circuits.
Indépendamment de la limite spécifiée dans la colonne L de la liste des marchandises
dangereuses (4.2), un accumulateur au lithium ou un assemblage de piles au lithium qui ont
subi avec succès les épreuves spécifiées dans le Manuel des épreuves et des critères de
l'ONU, 3ème Partie, sous-section 38.3, et qui satisfont à l'instruction d'emballage 903 une
fois prêts pour le transport peuvent avoir une masse qui excède 35 kg G, si la batterie ou
l'assemblage ont été approuvés par l'autorité compétente de l'État d'origine. Une copie du
document d'approbation doit accompagner l'envoi.
Les piles au lithium identifiées par le fabricant comme défectueuses pour des raisons de
sécurité, ou ayant été endommagées, ayant le potentiel pour produire une évolution
dangereuse de chaleur, d'incendie, ou de court-circuit sont interdites au transport (ex. celles
renvoyées au fabricant pour des raisons de sécurité).
Tout accumulateur électrique ou appareil, équipement ou véhicule sur accumulateur qui
présente la possibilité d'un dégagement dangereux de chaleur doit être préparé au transport
afin de prévenir.
a) Un court-circuit (p. ex. dans le cas d'accumulateurs, en isolant de manière efficace les
bornes non protégées ou, dans le cas de pièces d'équipement, en débranchant
l'accumulateur et les bornes non protégées); et
b) Activation accidentelle
Annexe 17 :
Tableau des différentes piles au lithium
Annexe 18 :
Courbe de décharge
Annexe 19 :
Estimation de la durée de vie du prototype suivant sa consommation
Annexe 20 :
Datasheet de NI 6008
Annexe 21:
Diagramme de Grantt final

Lucile Baurand

Transcription

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