Electrolysons...

Quand j'étais petit, j'utilisais le transformateur de mon train électrique Jouef comme source de courant pour électrolyser de l'eau et je récupérais l'hydrogène et l'oxygène dans des tubes à essais provenant de ma boîte de chimie...

Il m'est subitement venu à l'idée de le faire avec un port USB...

Pour électrolyser de l'eau, il faut une tension de 1.23 volts; le port USB en offre 5, ça, c'est bon. Qu'est-ce que cela peut bien consommer pour produire une quantité observable d'hydrogène? Wikipédia nous apprend qu'il faut 241 kJoules pour produire une mole de dihydrogène. 22.4 litres, c'est évidemment beaucoup trop. 2 centimètres cubes, c'est plus raisonnable, c'est 10000 fois moins. Il ne faut que 24 joules. Mais encore?... Un watt, c'est un joule par seconde. Et un port USB sort facilement un demi-ampère sous 5 volts, c'est 2.5 watts. À ce rythme-là, je produis mes 2 cm³ en 10 secondes. Sauf qu'en fait, mon demi-ampère ne sera utile que sur 1.23 volts, soit 0,6 watts ou joule par seconde et donc, il me faudra bien 40 secondes pour produire mes 2 centimètres cubes. ...Si je parviens à obtenir un courant de 0.5 ampères entre les deux électrodes. Pour augmenter la conductibilité de l'eau, on y met du sel de cuisine. Plus il y en a, mieux ça conduit. La taille des électrodes et la distance entre elles joue également. Mais bon, c'était jouable et donc, un premier essai fut naturellement couronné de succès malgré que le Charger Doctor ne m'annonce que 0.03 ampères.

Pour augmenter la surface de contact des électrodes, j'ai utilisé ce que j'avais sous la main : deux bouts de tige en fer (utilisée pour empêcher les pigeons de se balader sur les rebords). Mauvaise idée, quand j'étais petit, je me contentais de fils électriques domestiques multi-brins et j'obtenais de l'hydrogène d'un côté et de l'oxygène de l'autre. Ici, aucune production d'oxygène mais un nuage de rouille qui se répand au fond du bocal. Il va falloir un peu réviser les notions d'oxydo-réduction...

Il y a sûrement plein d'expériences amusantes à faire du côté de la galvanoplastie. C'est étonnant qu'on ne trouve pas des gadgets USB pour faire de l'électolyse... Probablement parce que les ordinateurs et l'eau ne font pas bon ménage. C'est vrai qu'il faut être prudent et soigneux, éviter les court-circuits. Il vaut mieux utiliser les chargeurs USB que l'on accumule lors de l'achat de bidules divers que de risquer d’endommager un des précieux port USB de son portable....

Bien évidemment, cela fonctionne aussi avec des piles. En principe, une pile d'1.5 volts devrait suffire. Là, j'en ai deux dans un boîtier... Tiens, même avec des électrodes en cuivre, je n'ai des bulles que du côté négatif... Du côté positif, le cuivre verdit. Ce n'est pas le souvenir que j'en avais, mais bon... Quelle quantité d'hydrogène puis-je produire avec une (deux) pile(s)? Pas vraiment d'idée mais j'ai des batteries rechargeable NiMH promettant une capacité de 2000 mAh. Elles devraient pouvoir donner 9000 joules. À 12 joules par cm³, cela donne 750 cm³, 0.75 litre. Plus qu'assez pour faire quelques démonstrations.

Cette histoire d'oxydation de l'anode à la place de dégagement d'oxygène me chipote quand même...

Fluorescence

À la recherche de LEDs UV, je suis tombé sur ce petit bidule à moins de 2 euros (port compris; venant de Chine) intitulé '60X Pocket Magnifier Microscope Loupe LED Currency UV' sur eBay... Le 'microscope' x60 est amusant, une espèce de compte-fils avec un très fort grossissement.  Le champ est de l'ordre de 3 mm et c'est surtout spectaculaire quand l'objet observé a du relief.  L'éclairage par les 2 LEDs blanches rend l'image lumineuse à souhait.  Avec la LED UV, c'est plus amusant encore...  Par exemple, mon environnement est assez riche en fibres fluorescentes...  Elles semblent provenir de mes Jeans (?).  Toutes les poussières ne sont pas fluorescentes, tous mes vêtements non plus.  En fait, tous mes trucs en coton semblent bénéficier des agents azurants des poudres à lessiver...  Beaucoup de papiers contiennent aussi des substances fluorescentes faisant ressortir une lumière généralement blanc bleutée sous le faisceau de la LED.  Certains plastiques aussi.  Par exemple, les bouteilles de Coca-Cola et les boîtes de type Tupperware fluorescent légèrement dans le vert.  La réaction des plastiques colorés est imprévisible.

Par exemple, ces brosses-à-dents '365' :

les manches changent complètement de couleurs et les poils oranges réagissent différemment du manche orange (ils ne 'fluorescent' pas comme le manche, ils reflètent la lumière violette).  Étrangement, le bleu du manche disparaît complètement sur la photo; l'orange du manche devient éclatant et le vert devient bleu.  Les poils blancs sont 'azurés'.  Remarquez que le Bic réagit aussi.

Même genre de fluorescence avec des pailles/chalumeaux '365' :

Ou, ce porte-mine :

Il n'est pas tellement fluorescent, encore que..., mais ce qui est amusant, c'est qu'il y a deux types de plastiques rouges et l'un des deux ressort bleu.  Le corps est fluorescent : éclairé en violet, il apparaît rouge; l'anneau central et les deux extrémités ne le sont pas, on voit le reflet bleu sur la photo (et violet à l'œil).

Par contre, la photo suivante rend assez mal la comparaison entre du bicarbonate de sodium alimentaire, de la poudre à lessiver et du sel de cuisine.  À l'œil, la différence saute aux yeux.  Il paraît que j'obtiendrais un meilleur résultat avec un filtre jaune...  J'ai essayé de simuler un filtre avec GIMP mais le résultat est un peu artificiel et pas très convaincant (le blanc azuré est devenu vert...) :

Peut-être que je pourrais obtenir un meilleur résultat en jouant sur la balance des blancs de l'appareil photo (Canon A70)?

Je n'ai pas encore trouvé de minéraux fluorescents chez moi.  Par contre, il y a des tâches fluorescentes sur les murs de ma cuisine.  Ce qui, semble-t-il, n'est pas bon signe...  ;-)  Il faudrait peut-être bien faire un grand nettoyage.  Tout cela, avec une simple LED.  L'environnement quotidien devient féérique.  Et, il existe des lampes de poches qui devraient donner des résultats encore plus spectaculaires.  De quoi jouer aux 'Experts'...  J'aime assez bien cette lampe de plongée, il paraît que les coraux sont fluorescents...  Mais j'ai peut-être déjà assez de gadgets comme ça...

Autre chose à observer, la fluorescence des bananes.

Le spectre du neon

Il est possible de visualiser des spectres avec un petit montage en carton et un morceau de DVD (voir ici, là ou encore là).  Le spectre du gaz néon est particulièrement joli.  On le trouve assez fréquemment, en ville, associé aux enseignes d'un rouge typique.  Je n'avais cependant pas réussi à la photographier de manière convaincante.  Les enseignes sont généralement placées haut dans des endroits fortement éclairés.  Et, tout-à-coup, en me renseignant sur l'existence d'un truc pas cher qui fonctionne au néon, je me suis rappelé que les lampes témoins 240 volts sont souvent (si pas toujours) de petits tubes néon.  Restait à en trouver...  En fait, j'en avais déjà plein chez moi, là, juste sous les yeux!

Ce multiprise avec interrupteur-témoin lumineux contient, en effet, un petit tube néon.  Il est facile de s'en convaincre par une observation rapide avec un petit spectroscope en carton et DVD.  Il restait juste à en photographier le spectre...  En fait, c'est très simple, il n'est pas nécessaire d'accéder au tube néon, on peut très bien en prendre le spectre à travers le plastique rouge.  Il est possible que certaines raies soient plus absorbées que d'autres,...  Mais, de toute façon, je ne suis pas à cela près.  Et, une mise en place très simple permet d'en photographier le spectre.  J'utilise un petit spectroscope à DVD en transmission posé sur la table à côté de la multiprise et je prends simplement la photo à l'autre bout, avec l'appareil posé sur la table; quelques cartes à jouer pour soulever un peu le spectroscope.  Avec mon (vieux) Canon A70, 15 secondes de pose avec un zoom x3 et 2" de retardateur pour éviter le bouger.  Et c'est tout.  Cela donne le joli spectre en tête d'article sans aucune retouche.  En vrai, à l'oeil, c'est encore plus joli.  (J'ignore s'il y a moyen de photographier la raie verte, je n'ai pas essayé)

Soyons precis!

Les imprimantes modernes permettent d'imprimer facilement des verniers. Il est relativement facile de les générer un fichier SVG et de mettre face à face 10 graduations sur 10 mm et 10 graduations sur 9 mm.  Cela permet de mesurer des dixièmes de millimètres.  Dans ce cas-ci, le but est de surveiller l'évolution d'une fissure dans une cloison en blocs Ytong.  L'échelle 1:1 est collée sur la partie du haut; l'échelle .9:1, à gauche, sur celle du bas.  La correspondance des traits se fait actuellement aux cm de l'échelle de gauche (par exemple, au mm 6 de l'échelle de droite en face du milieu de l'échelle de gauche).
Il y a probablement plusieurs détails à tenir à l'œil : la variation de longueur du papier en fonction des conditions hygrométriques et dans une moindre mesure, de température, vieillissement,... (?), la parallaxe et l'angle que font les deux échelles entre elles.  Il est probable qu'en plastifiant (avec de la bande adhésive) les échelles, le problème hygrométrique disparaisse (s'il a jamais existé); sinon on peut reproduire la configuration sur un même pan de mur et comparer les variations. (Quelqu'un m'a fait remarquer que de montrer 20 graduations à gauche laissait à penser qu'il était fait pour mesurer le 20-ième de millimètre...; Ce n'est pas le cas, c'était juste pour avoir un peu de redondance...)

Voir Vernier.html, vernier.svg, vernier.pdf.

Il est également possible d'imprimer des rapporteurs et d'appliquer le vernier sur des angles...  Si on les associe à un pas de vis, on obtient une vis Palmer (micromètre).  Avec le pas de 3 mm d'une bouteille de limonade, le degré de rotation correspond à moins d'1/100-ième de mm... (et un degré fait un peu plus d'un mm sur le pourtour d'un CD). Bien sûr, il faut se méfier des 'jeux mécaniques'...

Cadrans solaires

Un cadran solaire de type équatorial à découper dans une feuille de papier (cartonné si possible) et calculé à partir de cette page (elle génère du code SVG que l'on peut traduire en .pdf avec Inkscape).  Des paramètres passés dans l'URL permettent d'adapter l'impression à la latitude et à la longitude ainsi qu'au fuseau horaire (ainsi que la taille générale et le diamètre du cercle).  Le stylet du haut sert en été, celui du bas en hiver.  Si on veut qu'il fonctionne de tôt à tard en hiver, il convient d'évider les flancs qui, sans cela, font de l'ombre au stylet.

Cet autre cadran équatorial est calculé à partir de cette page selon le même principe.  Il est constitué de deux pièces de carton qui s'emboitent et d'une échelle en papier (cadran horaire).  Voir ici.

Ce troisième modèle est un prototype du premier.  L'évidement fait en sorte qu'il fonctionne également en hiver.  Ce qui n'était pas le cas du dernier.

Cadran solaire équatorial.  Il ne fonctionne que l'été (entre les deux équinoxes) quand le Soleil se trouve au dessus du plan équatorial.  Les graduations sont de 15 en 15°.  Le décalage entre le sud et l'heure exacte est fonction de la longitude et de la zone horaire.  Dans ce cas-ci, à Liège, le Soleil passe plein sud 20 minutes avant 14 heures parce que la longitude est 5(.6)° est et que CEST est UTC+2 en été.

Dans tous ces cas, le 'stylet' pointe vers l'étoile polaire (il est orienté sud-nord et incliné de la latitude par rapport à l'horizon; il serait vertical au Pôle à la latitude 90°N).  Les divisions marquant les heures sont perpendiculaires au stylet, dans le plan équatorial.

Un autre ne nécessitant qu'un coup de ciseau et trois plis, calculé ici 
Le pli de l'arête est parallèle à l'axe des pôles.  Les graduations ne sont pas de 15 en 15 degrés, il s'agit d'une projection du cadran équatorial sur le plan horizontal.  Ce n'est pas encore très visible ici, mais si la latitude diminue fortement, l'arête s'abaisse et les différences deviennent flagrantes.

Il est 15 heures légale.  La boucle est la dragonne de l'appareil photo...

Encore un autre.  Le cadran de berger ne se sert que de la hauteur du Soleil. Il faut 1/ positionner le gnomon sur la date du jour, 2/ pointer le gnomon vers le Soleil, 3/ lire l'heure.  Celui de la photo donne l'heure solaire.

Le diagramme a été généré pour la latitude 50.6 avec cette page.  Le papier est calculé pour une boîte de conserve ordinaire de 400 grammes...  Le gnomon dépasse de la boîte de 54 mm.

Pollution lumineuse

Quelques spectres pris dans le quartier (Liège) avec le matériel décrit dans l'article précédent :
* une fente taillée au cutter dans un carton de boîte de lait
* un tube à poster de 90 cm de long
* un quartier de DVD (tranche du sandwich décapé à l'eau de Javel) incliné à 40°
* un Canon Powershot A70 (3 MPix, acheté en 2003)



Le 'spectroscope' pointant un spot éclairant Saint-Martin. On voit aussi l'éclairage de rue. -- cliquer pour agrandir.



Le 'spectroscope' et l'appareil photo sont posés sur deux pieds photo. Le temps de pose va jusqu'à 15 secondes. Le rendu des couleurs n'est pas parfait : les bleus extrêmes sont plus violets. La dynamique pose problème : les raies fortes saturent quand on essaye de capturer les raies faibles. L'échelle des longueurs d'onde n'est probablement pas linéaire. Chaque prise de vue faisant l'objet d'une adaptation de l'appareil sur le 'spectroscope', il est possible que la perspective du spectre varie (pour certains, une rotation a été effectuée avec GIMP; ils ont aussi été 'alignés' artificiellement (dilatation)). Il est possible que des extrêmes manquent à cause d'un problème de visée ou de cadrage.


Lampe au sodium basse pression. (2 temps de pose différents pour avoir les raies secondaires et pour résoudre le doublet (?))





Lampe au sodium haute pression. Les deux spectres du bas proviennent de la même lampe à des moments différents (mais chaude quand même), probablement vieillissante.






Au dessus, spot (blanc froid) éclairant la basilique (gris); en dessous, éclairage de rue (légèrement rosé) (Mont Saint-Martin; luminaires de type Aramis (Schréder) lampe CDM-T 100W(lien approximatif); inauguré en décembre 2009) (ref.pdf).




On s'aperçoit que les spectres sont de plus en plus envahissants et gênants pour les astronomes amateurs.

Voir aussi

* Pollution lumineuse sur Wikipédia
* Pollution lumineuse (ULg - Philippe Demoulin, Emmanuël Jehin)
* Association pour la Sauvegarde du Ciel et de l'Environnement Nocturnes
* Lampes à décharge et Appareils d'alimentation.pps (PowerPoint Philips)
* plan1, plan2
* spectrometer@publicLaboratory sur Slashdot 

=On peut cliquer sur les images pour les agrandir=

Table ecliptique

Fabriquer une sphère armillaire est compliqué...

Ce petit bricolage permet de visualiser le plan de l'écliptique et la position du Soleil sur celui-ci au cours des saisons.

On fabrique un disque en carton ondulé sur lequel on colle, perpendiculairement, un morceau de carton ondulé de manière à ce que les ondulations fassent un angle de 23° 27' par rapport à l'axe (perpendiculaire) du disque. On pourra ainsi y glisser un cure-dent.

De même, on fabrique un support avec les ondulations faisant un angle égal à la latitude du lieu de manière à ce qu'on puisse y glisser un axe parallèle à l'axe de rotation de la Terre.




Dans l'hémisphère nord, le disque fait un tour, dans le sens des aiguilles d'une montre, en un jour sidéral (23h56). Le Soleil faisant le tour en un jour solaire moyen (24h), il arrive un peu en retard et se déplace donc à contre-sens, d'environ 1/365 de tour par jour. (NB: 4 minutes * 365 =~ 24 heures)



Au niveau de la découpe, c'est deux angles à mesurer et 3 coups de cutter. (Plus, bien sûr, le disque et la base.)


En mettant l'un dans l'autre et en orientant le support pour que l'axe des pôles soit orienté vers le Nord, on peut faire tourner le plan écliptique 'comme dans la réalité'.


Soleil à midi en hiver et en été.

Soleil à midi en hiver et en été. Un demi-tour autour de l'axe polaire modifie l'inclinaison de l'écliptique par rapport à l'horizon du tout au tout. Et, en gros, le plan écliptique fait ce tour chaque jour (à 4' près). Ces positions de l'écliptique correspondent également à la position à minuit (solaire) en été et en hiver (respectivement).

Si on gradue le disque avec les jours de l'année, on peut représenter la situation exacte. En mettant les signes du zodiaque, on aura également la position des constellation dans le ciel nocturne pour peu que l'on positionne le Soleil correctement sur ce cadran de 23h56' (~24h).

Mieux. Si on pose un 'disque lunaire' avec les phases principales correctement positionnées par rapport au Soleil (nouvelle Lune = Soleil), on pourra visualiser, en première approximation (la Lune se balade dans un plan incliné de 5,4° par rapport à l'écliptique). Ainsi, par exemple, le premier quartier est haut au printemps, mais bas en automne. C'est le contraire pour le dernier quartier.


Il faut placer la nouvelle Lune (N.L.) là où se trouve le Soleil.


Si on sait dans quelle constellation se trouvent les planètes, on peut aussi les y mettre.

En entourant le dispositif d'une 'haie' de la hauteur de l'intersection de l'axe et du disque, on peut facilement voir la direction (azimut) dans laquelle le Soleil se lève et se couche. Et, en mesurant la rotation qu'il faut effectuer pour le mener plein sud (midi solaire), connaître l'heure du lever/coucher. On peut fabriquer un disque horaire (ou imprimer un cadran de 24h sur le disque lunaire). En mettant '12h' au sud, on peut lire l'heure solaire à l'endroit où se trouve le Soleil.

Vers plus de précision

En graduant le disque de manière uniforme en 1/365.25, on suppose que le jour solaire dure 24 heures chaque jour de l'année. Or, dû au fait que l'orbite terrestre est elliptique, cette durée n'est pas constante. Lorsque la Terre est proche du Soleil, le jour solaire est plus long (à vérifier); lorsque la Terre s'éloigne, il est plus court (si la Terre était infiniment éloignée, le jour solaire serait égal au jour sidéral). L'accumulation de ces durées participe à l'équation du temps. Le Soleil pouvant avoir 15 minutes d'avance ou de retard sur la position attendue par un modèle simplifié, l'erreur atteint 4° (1 heure équivaut à 15°).

<à suivre>


On peut cliquer sur les photos pour les agrandir.