Electronique > Réalisations > Anti-tartre (anti-calcaire) 001

Dernière mise à jour : 18/02/2018

Présentation

L'anti-tartre présenté ici permet de limiter le dépôt de calcaire à l'intérieur de canalisations d'eau (canalisations en acier, cuivre, galvanisé, PVC ou inox).

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Sa réalisation est aisée et ne demande aucun réglage. Le montage s'appuie sur un PIC 12F675 et s'alimente sur le secteur 230 V via un petit transformateur d'alimentation. Un appareil similaire mais sans composant programmable est présenté en page Anti-tartre 002.

Anti-tartre : quoi donc au juste ?

Cela fait des années que sont commercialisés des systèmes destinés à empêcher le dépôt de calcaire sur la paroi intérieure des canalisations d'eau. Certains sont constitués de simples aimants très puissants plats ou de forme circulaire, d'autres sont construits sur une base électronique avec des fils à enrouler autour des canalisations. Dans les deux cas, l'idée est de créer deux champs magnétiques opposés sur le trajet de l'eau. Si les premiers appareils proposés sur le marché soulevaient quelques soupçons quand à leur efficacité (les charlatans étaient déjà légion à cette époque), il a bien fallu leur reconnaitre une certaine efficacité. Comme tout système qui joue sur des lois physiques que l'on ne comprend pas bien (j'en suis la première victime), on a toujours un peu de mal à accepter que cela puisse fonctionner. Et pourtant, des recherches sérieuses et confirmées ont bien montré l'efficacité du système. Ces recherches ont en effet montré que la structure des cristaux de calcaire en suspension dans l'eau, quand ils sont soumis à un champ magnétique (même de faible amplitude) a tendance à se modifier et empêcher ceux-ci de s'agglomérer et se déposer sur les parois. L'idée n'est donc pas d'éliminer le calcaire comme le font certains adoucisseurs d'eau, mais de l'empêcher de se déposer. Le dépôt de calcaire n'est pas seulement diminué dans les canalisations d'eau, il est aussi réduit dans les appareils électroménagers tels que lave-vaisselle, lave-linge ou même cafetière. Les résistances chauffantes restent donc plus longtemps "propres" et la réduction de leur efficacité (baisse de température) se fait moins sentir sur une même période de leur durée de vie. En contrepartie, on peut se demander si le calcaire qui se dépose moins dans les canalisations ne va pas plus vite entartrer les casseroles et les bouilloires... Tiens, peut-être une méthode de mesure d'efficacité de l'engin ?

Schéma

Comme vous pouvez le constater, il n'y a pas grand chose, surtout si on laisse de côté la partie alimentation qui occupe la moitié supérieure du schéma.

anti_tartre_001

Principe général de fonctionnement
Le montage décrit ici produit un signal périodique dont la fréquence change à intervalles réguliers (toutes les secondes), avec quatre valeurs possibles : 1 kHz, 2 kHz, 5 kHz et 10 kHz. Ces fréquences ne sont pas choisies au hasard, il s'agit de celles qui sont utilisées par les appareils du commerce. Comme je suis dans l'incapacité de dire si telle ou telle valeur est plus efficace, j'ai décidé de leur donner à chacune la chance de se rendre utile, en s'exprimant à tour de rôle. Le schéma peut être décomposé en deux parties distinctes :
- alimentation secteur
- circuit principal

Alimentation secteur
La source d'énergie est prélevée du secteur via un transformateur de puissance 3 VA et de tensions de sortie 2 x 18 V (soit secondaire avec prise intérmédiaire, soit deux secondaires indépendants reliés ensemble). La partie "inférieure" de cette alimentation est on ne peut plus classique, avec ses quatre diodes de redressement D1 à D4, son condensateur de filtrage principal C1 et le régulateur de tension U2. Ces composants classiques sont chargés de fournir une tension continue positive de +5 V pour alimenter le microcontrôleur U1. La tension issue du transformateur est de 18 Veff, ce qui peut sembler beaucoup pour obtenir au final une tension de 5 V. A l'origine du circuit (en 2010) je pensais que la consommation réduite du PIC ne poserait pas de problème. Mais le régulateur avait tout de même de quoi dissiper quelques calories. Pour cette raison, j'ai ajouté une diode zener en amont du régulateur et ai remplacé les LED classiques par des modèles haute luminosité (HL) pour réduire la consommation globale et en même temps la dissipation thermique. La partie "supérieure" de l'alimentation permet de disposer d'une tension continue positive de valeur plus élevée, de +50 V environ. Cette tension, qui est obtenue par redressement mono-alternance grâce à la diode D5 et au filtrage deu condensateur C2, est uniquement utilisée pour produire le champ magnétique autour de la tuyauterie, sa valeur élevée permet de disposer d'un champ d'amplitude suffisante.

Circuit principal
Il est basé sur un PIC 12F675 qui assure l'ensemble des fonctions requises, à savoir la fourniture et le séquencement des différentes fréquences. Notez que le PIC à lui seul peut faire cela sans aucun composant externe si on utilise son oscillateur interne. Vu que la précision requise pour les signaux délivrés n'a aucunement besoin d'être élevée, il serait dommage de s'en priver. Voilà donc un circuit fort simple, qui délivre sur sa broche GP1 (borne 6) un signal dont la fréquence change sans cesse. La broche GP2 sort un signal de même fréquence mais de polarité opposée, cette sortie n'est actuellement pas utilisée mais pourrait être mise à contribution lors d'une extension future. Les deux LED D6 et D7 permettent un contrôle visuel du bon fonctionnement du logiciel du PIC: une des deux s'allume pour les deux fréquences les plus faibles (1 kHz et 2 kHz), l'autre s'allume pour les deux fréquences les plus élevées (5 kHz et 10 kHz).

Mode de fonctionnement
Le signal délivré par le PIC peut être une fréquence fixe de 1 kHz, 2 kHz, 5 kHz et 10 kHz. Il peut aussi être une fréquence variable qui correspond aux quatre valeurs précitées qui "tournent" à tour de rôle. Le choix s'effectue en appliquant une tension donnée sur l'entrée GP0/AN0 du PIC, selon la règle suivante :
Pour ma part je propose de mettre un petit potentiomètre ajustable (RV1 sur le schéma), mais vous pouvez fort bien mettre deux résistances montées en pont diviseur résistif. Pour les deux extrêmes (tension de 0 V ou + 5V) il n'y a pas besoin de résistance, on câble directement la broche GP0/AN0 du PIC à la masse ou en sortie du régulateur de tension 5 V.
La LED D7 s'allume pour les deux fréquences les plus faibles (1 kHz et 2 kHz) et la LED D8 s'allume pour les deux fréquences les plus élevées (5 kHz et 10 kHz). En mode fréquence variable, les deux LED clignotent à un rythme d'environ 1 seconde.

Réalisation des bobines

La création du champ magnétique est assuré par les deux bobines L1 et L2 constituées chacune d'une dizaine de spires enroulées sur la tuyauterie à protéger. Les bobines doivent être réalisées en spires jointives (spire contre spire) et raccordées au boîtier anti-tartre avec des liaisons les plus courtes possibles. Les deux bobines doivent être enroulées en sens opposé, comme le montre le dessin suivant.

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d1 : entre 5 cm et 15 cm
d2 : entre 28 cm et 38 cm

Les caractéristiques mécaniques des deux bobines ne sont pas très critiques, voici quelques indications pour leur réalisation.

Type de câble
Fil de cuivre souple (multi-brins) ou rigide (mono-brin), section d'au moins 1mm2 (section/diamètre non critique). Avec le fil rigide, pas besoin de scotch ni de colle pour maintenir les spires en place. Si la canalisation est en plastique, pas de précaution particulière à prendre. Si la canalisation est en matériau conducteur (cuivre par exemple) il faut veiller à ce que les extrémités des bobines (qui pour rappel ne sont reliées nulle part) soient bien isolées.

Distance entre points de départ bobine L1 et point de départ bobine L2
Distance d1 sur dessin "réalisation bobines" : entre 5 cm et 15 cm. La distance exacte dépend de la section du câble électrique utilisé (avec son éventuelle gaine isolante) et de la distance entre les extrémités non raccordées des bobines (d2).

Distance entre points d'arrêt bobine L1 et point d'arrêt bobine L2
Distance d2 sur dessin "réalisation bobines" : peut varier en fonction du type de conduit. Selon les dires d'un des fabricants d'anti-tartre, les distances entre extrémités à respecter seraient les suivantes (je n'ai pas testé) :

Emplacement "idéal" 
Il semble y avoir deux écoles. Certains fabricants préconisent de placer les bobines au niveau de l'arrivée d'eau pour une efficacité optimale et pour que toute la maison en profite. D'autre préconisent de placer l'appareil le plus proche possible de l'appareil à "protéger" (machine à laver par exemple) arguant que l'effet du champ magnétique s'estompe rapidement avec la distance. Il va de soi que cet argument sous-entend qu'il faut un anti-tartre par appareil à protéger... En toute franchise, je ne sais pas ce qui est le mieux.

Complément utile de Robert C, que je remercie :
Pour information, une fois précipité sous forme d'aragonite, le calcaire se re-dissout dans l'eau en 48 heures ou plus en fonction de la température et de la dureté de l'eau, c'est pourquoi il peut être utile de mettre un autre dispositif à la sortie d'un ballon d'eau chaude où l'eau risque de rester plusieurs jours. Inversement, après passage dans l'anti-tartre, il faut quelques fractions de seconde pour que les cristaux d'aragonite se forment complètement, c'est pour ça que les constructeurs préconisent de mettre l'anti-tarte à plus de 2 m du premier appareil pour laisser au calcaire le temps de précipiter en aragonite.

Prototype

Plusieurs protos réalisés (par plusieures personnes) mais seules sont présentées les photos du proto de Michael.

Prototype de Michael
Proto de Michael L., que je remercie pour ses retours !

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Commentaires de Michaël : 
15/11/2015 : Après une bonne semaine de fonctionnement, je dois dire, avec le peu de recul que j'ai pour l'instant, que c'est efficace.
Les parois vitrées de la douche restent propres et sans traces lors du séchage. La bouilloire électrique, qui avait été détartrée le jour de la mise en service est toujours "propre", il y a bien quelques marques de dépôt mais rien de comparable avec le passé.
07/02/2016 : Le constat reste le même, la bouilloire reste propre après deux mois sans détartrage et beaucoup moins de traces de calcaire sur les parois vitrées de la douches. Par contre, j'ai remarqué que le régulateur, même monté sur un très grand radiateur, chauffait très fort. J'ai apporté deux modifs au schéma : ajout d'un régulateur 9V avant le 5V afin de répartir le boulot (21V à vide à la sortie du transfo), et ajout de fusibles sur les départs transfo.
Merci Michaël pour ces retours. Pour l'échauffement du régulateur 5 V, il est également possible d'insérer une diode zener de 12 V / 1,3 W en amont (cathode vers pont de diodes et anode vers régulateur, ajouté dans version du 18/02/2018). Comme vous pouvez le constater, Michael a inclus le transfo d'alim sur le circuit imprimé. L'ensemble reste malgré tout compact !

Prototype de Robert C.
Pas de photo, mais commentaires utiles ;-)
Je ne croyais pas qu'un tel système pouvait fonctionner, et pour m'en convaincre je l'ai installé. A mon grand étonnement, il fonctionne parfaitement, je n'ai plus de dépôts de tartre dans les lavabos, douches et robinets. Le fonctionnement de l’électronique ne me pose pas de problème, l'action d'un champs électrique ou magnétique sur les ions calcaire pour précipiter l'aragonite non plus. Ce que je ne comprend pas c'est le mode d'action des bobines: elle ne sont pas reliées entre elles ni à rien, il ne passe donc aucun courant dans ces bobines, donc il n'y a aucun champ magnétique généré dans le tuyau ni dans l'eau. Si c'est un effet capacitif, le champ électrique entre les bobine ne peut pas traverser le cuivre du tuyau pour passer dans l'eau à l'intérieur du tuyau. Quant au courant capacitif généré par une fréquence de 10kHz sous 50V, il est insignifiant, et on est loin de pouvoir générer les 6000 Gauss des aimants permanents anti-tartre, sauf erreur d'appréciation de ma part. Je ne supporte pas de ne pas comprendre, et je déteste "du moment que ça marche, cherche pas à comprendre".

Codes source et fichiers compilés

Tous les fichiers utiles sont contenus dans l'archive zip dont le lien suit. Ecrit et compilé avec la version V3.20 Pro de MikroPascal.
Anti-tartre 001 - 12F675 - (29/08/2010)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

Circuit imprimé

Réalisé en simple face, transformateur d'alimentation placé à côté et relié par fil.

anti_tartre_001_pcb_composants
Version PCB du 15/02/2018

Typon au format PDF 

La diode zener D8, ajoutée pour réduire la tension à l'entrée du régulateur (et par là même réduire la dissipation thermique de ce dernier) ne doit pas être collée au circuit imprimée, pour que l'air puisse librement circuler sous elle (elle aussi chauffe un peu). Laisser 2 mm à 5 mm d'espace entre elle et le PCB.

Historique

18/02/2018
- Modification du PCB (15/02/2018) : changement du type de potentiomètre ajustable (plus petit), plus de place autour du régulateur de tension pour ajout d'un petit dissipateur thermique, remplacement des LED standard par des LED haute luminosité et ajout d'une diode zener pour réduire la dissipation du régulateur de tension, ajout d'un trou de fixation, légère réduction des dimensions.
11/02/2018
- Ajout commentaires de Robert C., que je remercie !
07/05/2017
- Ajout infos concernant la réalisation des bobines.
13/03/2016
- Ajout nouveau commentaire de Michael L., que je remercie encore une fois pour ses retours.
15/11/2015
- Ajout photos du prototype de Michael L., que je remercie pour ses retours.
04/03/2012
- Ajout précisions concernant la réalisation des bobines.
12/09/2010
- Réalisation du CI, avec l'aide très appréciée de Didier qui a soumis une proposition d'implantation des composants. Je ne l'ai pas laissé exactement comme il l'avait fait mais je ne l'aurais pas fait tout de suite s'il n'avait amorcé le travail. Merci donc à lui.
29/08/2010
- Ajout possibilité de spécifier si la fréquence de sortie doit être fixe ou variable. En mode fréquence fixe, possibilité de spécifier la fréquence désirée parmis les quatre possibles.
11/07/2010
- Correction logiciel PIC, les fréquence émises étaient moitié de celles attendues.
- Réduction du temps mort entre chaque changement de fréquence. De 10 ms on passe à 100 us.
05/04/2010
- Première mise à disposition.