Projet TIPE : Lévitation magnétique

[Alice]

Bonjour à tous,

Nous sommes les deux étudiantes de prépa qui étions passées à l'électrolab en juin dernier, pour notre Tipe (projet de recherche). Nous avons décidé de nous intéresser à la lévitation magnétique, et plus particulièrement au Maglev (train à sustentation magnétique). Nous souhaiterions construire un petit train qui lévite grâce au phénomène de supraconductivité, en s'inspirant de l'expérience suivante : https://www.youtube.com/watch?v=2xqPKIk7Yvo.
Pour cela, nous aurions besoin d'azote liquide pour refroidir les matériaux supraconducteurs. Serait-il possible de réaliser une telle expérience dans votre labo ?
Bonne journée

Laure et Alice

[zenos]

Bonjour,

Pas de problème pour s'approvisionner en azote liquide, on a ce qu'il faut en dewar en stock. De mémoire un plein coute dans les 150€

[Eric]

Sachant que si on fait le "plein", au bout de quelques semaines, tout l'azote liquide se sera évaporé, même si l'on en consomme pas.
C'est donc intéressant de synchroniser la date de livraison avec une période où vous êtes dispo et avec les expérimentations prêtes.
Et avec de l'azote liquide, on met toujours des gants (dits cryogéniques) - pas comme dans la vidéo - pour pas y laisser des bouts de doigts.

La version "circuit" est pas mal non plus https://www.youtube.com/watch?v=Doxuf9WaOQI
Et concernant l'inclinaison de la plaque métallique (visible à 0:28 de la vidéo d'Alice), y'a moyen d'aller plus loin (= incliner plus), surtout dans un labo super équipé^^ comme ici : https://www.youtube.com/watch?v=U_tdhBwGyXo

Sinon, comme indiqué dans ce précédent post viewtopic.php?f=25&t=365&p=2264&hilit=diamagn%C3%A9tisme#p2264 , le gadget de lévitation diamagnétique est dispo. Je peux l'amener si requis. D'ailleurs, la même expérience est assez facile à reproduire : https://fr.science-questions.org/experi ... la_maison/ et logiquement cela devrait aussi fonctionner avec ça : http://www.site-du-jour.com/dossiers/im ... crayon.jpg

D'autres idées/expériences sur le même sujet : http://philippe.boeuf.pagesperso-orange ... tation.htm

Et je crois que Zenos va d'ailleurs bientôt commander quelques aimants NdFeB.

Eric
...lévite par la pensée

[sameeg]

Comment voulez faire pour les pastilles supra conductrices ?
Il y a quelques membres qui ont participe a la synthèse des dites pastilles d'YBCO.
Il doit y avoir quasiment tout le materiel et une entree sur le wiki.

http://wiki.electrolab.fr/Projets:Perso ... onducteurs

Sam

[Eric]

Dans le premier post d'Alice (lien 2 étages au dessus), j'avais suggéré d'acheter les pastilles.
Mais évidemment, si les étudiantes fabriquent elles-même les céramiques supraconductrices dans un four haute température, là les lettres "IP" de TIPE ("Travail d'Initiative Personnelle Encadré") prennent tout leur sens
De quoi faire chavirer le jury du projet


Eric
...navigue à vue

[Eric]

Dans le premier post d'Alice (lien 2 étages au dessus), j'avais suggéré d'acheter les pastilles.
Mais évidemment, si les étudiantes fabriquent elles-mêmes les céramiques supraconductrices dans un four haute température, là les lettres "IP" de TIPE ("Travail d'Initiative Personnelle Encadré") prennent tout leur sens.
De quoi faire chavirer le jury du projet


Eric
...navigue à vue

[Alice]

Bonsoir,
Merci pour vos réponses !
Nous ne pensions pas que se fournir en azote liquide coûtait aussi cher : 150€, cela est un peu excessif car nous allons déjà avoir beaucoup de frais avec les concours. Nous allons essayer de nous en procurer autrement, mais sinon nous serons dans l’obligation de faire des expériences sans supraconducteurs. Dans ce cas, nous nous intéresserions plutôt au fonctionnement du Transrapid: un train en lévitation, qui n’utilise pas de matériaux supraconducteurs. Ces expériences ressemblent plus à la technologie qu’avait évoqué Eric (le gadget de lévitation diamagnétique).
Bonne soirée

Laure et Alice

[Eric]

Azote liquide : demande peut-être dans ton école/université s'ils n'en ont pas. C'est quand même un produit de base très utilisé en recherche et experimentation.
Après rien ne t'empèche d'appeler quelques boites pour voir les prix d'une livraison au lab (je crois que nos deux dewar font 20 litres chacun).
http://www.sos-azote.com/
http://www.azote-services.fr/
88 EUR pour 10 litres, frais de livraison inclus : https://www.panierdeschefs.eu/azote-liq ... quide.html

Eric
...chasse les prix

[Alice]

Bonjour,

Suite à des discussions avec nos profs de physique, nous abandonnons les expériences avec supraconducteurs car elles ne permettent que d'observer le phénomène et ce n'est pas ce qu'on recherche (mais merci pour votre soutien et vos idées).
Nous allons donc faire léviter un aimant sans supraconducteur à l'aide d'un système asservi. Le système que nous voulons réaliser est le suivant :
http://bupdoc.udppc.asso.fr/consultatio ... iche=11191 (schéma en première page et schéma électrique en annexe). Nous voudrions construire ce schéma puis si possible le modifier pour le faire avancer comme un train.

Bonne fin de week-end,
Laure et Alice

[Eric]

Très bien, on reste donc à température ambiante.

Comme le montre le schéma (qui date d'il y a 17 ans), l'asservissement est analogique et l'ajustement des paramètres oblige à changer/ajuster les composants électroniques.
C'est donc intéressant pour faire une maquette figée, un peu moins pour expériementer, justement à cause de la difficulté de ces ajustements.
À voir si c'est pas envisageable de faire un régulateur numérique où l'ajustement des paramètres est plus aisée (ce sont des paramètres du programme). Dans l'article, la constante de temps de la bobine est plutôt élevée (37ms, soit 27 Hz) ce qui fait qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un processeur très puissant pour tenir cette fréquence de calcul (1) si tant est que la librairie soit bien optimisée.

Quand à l'évolution qui permette de se faire déplacer la boule en acier pour faire un train, cela oblige à dupliquer le montage (de 3 à 10 exemplaires par exemple) mais aussi à assurer leur commande simultanée et synchronisée : c'est intéressant mais assez ambitieux. Probablement même trop ambitieux vu le temps relativement limité que vous pouvez consacrer au TIPE ( si j'ai bonne mémoire, on avait évoqué ensemble 40 à 50h par personne pour la totalité du projet, rédaction du rapport inclus).

À noter qu'il vous faudra approvisionner un électroaimant puissant et une boule en acier de grand diamètre

Autres composants envisageables :
- Lot de 5 électroaimants 80kg
- Électroaimant 40kg
Pour une maquette plus aisée à transporter, il est possible de mettre en oeuvre des billes plus petites (diamètre 12 à 20mm) et dans ce cas un électroaimant plus modeste (5kg) suffit.

Comme il s'agit d'un systeme asservi (qui fonctionne en boucle fermée) on peut ouvrir la boucle pour faire des mesures...en boucle ouverte. Par exemple, il est intéressant de relever les diagrammes de Bode (fonction de transfert) qui servent aussi à optimiser la stabilité du système.
Afficher le diagramme de Nyquist d'une fonction de transfert formelle : https://fr.mathworks.com/help/control/r ... hworks.com

Et ça tombe bien, la sustentation magnétique fait l'objet d'un article (aller à la page 4) dans la revue "Électronique et loisirs" N°140 encore en kiosque pour quelques jours. Pour ce projet, c'est un aimant (inséré dans l'ampoule) qui est maintenu en l'air. Une sonde à effet Hall sert de capteur de position.

Eric
...passe les projets en revue



(1) J'ai souvenir d'un projet similaire plus ancien avec un régulateur numérique PID codé en assembleur dans un DSP TMS320C30 de chez Texas : le temps de calcul était de l'ordre de la milliseconde

Quelques remarques/détails sur l'article de l'université de Toulouse:
Le choix du capteur (cellule solaire) est assez original : j'ai cherché des infos sur le temps de réaction d'une cellule solaire mais pour le moment, je n'ai rien trouvé de précis (sachant qu'en plus c'est dépendant de la technologie de la cellule).
L'amplificateur de puissance est monté en amplificateur de tension, cela pourrait être intéressant de le monter en source de courant pilotable. Et vu la configuration de la maquette, une alimenation asymétrique peut suffire : je ne pense pas qu'il soit nécessaire de faire circuler le courant dans les deux sens vu que l'objet sustenté n'est pas un aimant.