Electronique > Réalisations > Anti-tartre (anti-calcaire) 002

Dernière mise à jour : 07/05/2017

Présentation

L'anti-tartre présenté ici permet de limiter fortement le dépôt de calcaire à l'intérieur des canalisations d'eau.

anti_tartre_002_pcb_3d_a

Contrairement au montage présenté à la page Anti-tartre 001, celui décrit ici n'utilise aucun composant programmable, mais demande en revanche plus de composants, tous cependant très courants et bon marché. Ce montage s'alimente directement sur le secteur (alimentation intégrée) et ne nécessite aucun réglage.

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

Je vous l'ai dit, un peu moins simple que la version 001, mais c'est la rançon à payer pour un circuit qui offre les mêmes possibilités sans composant à programmer.

anti_tartre_002

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 bien incapable de préciser quelle est la meilleur valeur à adopter, j'ai choisi de leur donner à chacune la chance de se rendre utile. Le schéma peut être décomposé en quatre parties distinctes :
- alimentation secteur
- oscillateur basse fréquence
- séquenceur
- oscillateur "HF"

Alimentation secteur
On utilise un transformateur à deux sorties 18 V (secondaire avec prise intérmédiaire ou deux secondaires indépendant que l'on relie ensemble). Une partie de cette alimentation est on ne peut plus classique, dotée de ses quatre diodes de redressement (D1 à D4), de son condensateur de filtrage principal (C1) et d'un régulateur de tension (U4). Ce beau petit monde est chargé de fournir une tension continue positive de +12 V pour l'ensemble des circuits intégrés. La seconde partie de l'alimentation permet de disposer d'une tension continue positive de valeur plus élevée, de l'ordre de +50 V. Cette tension est obtenue par redressement mono-alternance grâce à la diode D5 et au filtrage deu condensateur C2. Cette tension sera uniquement utilisée pour produire le champ magnétique autour de la tuyauterie, sa valeur élevée permet de disposer d'un champ d'amplitude plus importante.

Oscillateur basse fréquence
Ce premier oscillateur basé sur un NE555 (U1) fonctionne à basse fréquence, ce qui est normal vu la valeur élevée donnée aux composants R1, R2 et C4 qui lui sont associés. La sortie de cet oscillateur change d'état environ deux fois par seconde, on retrouve au point Osc1 un signal dont la fréquence est voisine de 1 Hz. Le changement d'état de la sortie 3 du NE555 est visualisé par le clignotement de la led D6, qui fait office de témoin lumineux de bon fonctionnement de cette partie du montage. Le signal basse fréquence Osc1 est transmis à l'entrée d'horloge du compteur U2 / CD4017 qui fait suite et qui sert de séquenceur.

Compteur / séquenceur
Le séquenceur est basé sur le compteur décimal CD4017 (U2) monté en "chenillard" (détails), chaque impulsion du signal d'horloge Osc1 qu'on applique sur son entrée CLK le fait avancer d'un cran. La cinquième sortie du compteur (Q4) est utilisée pour remettre le compteur à zéro, ce sont donc toujours les sorties Q0 à Q3 qui tournent inlassablement en boucle. Ce petit bout de montage permet de disposer de 4 fréquences d'oscillation possibles F1 à F4, selon la sortie activée :
- Cas N° 1, sortie Q0 activée, F1 = 10 KHz : une tension positive "faible" est envoyée au deuxième oscillateur (U3 / NE555) via D7, R4 et le point marqué A sur le schéma. En même temps, le transistor Q1 est bloqué.
- Cas N° 2, sortie Q1 activée, F2 = 5 KHz : une tension positive "élevée" est envoyée au deuxième oscillateur (U3 / NE555) via D8, R5 et le point marqué A sur le schéma. En même temps, le transistor Q1 est bloqué.
- Cas N° 3, sortie Q2 activée, F3 = 2 KHz : une tension positive "faible" est envoyée au deuxième oscillateur (U3 / NE555) via D9, R6 et le point marqué A sur le schéma. En même temps, le transistor Q1 est saturé grâce à D11 et R9.
- Cas N° 4, sortie Q3 activée, F4 = 1 KHz : une tension positive "élevée" est envoyée au deuxième oscillateur (U3 / NE555) via D10, R7 et le point marqué A sur le schéma. En même temps, le transistor Q1 est saturé grâce à D12 et R10.
Les diodes D7 à D10 évitent qu'une sortie active du compteur ne renvoie la tension qu'elle délivre vers les sorties désactivées. Le circuit CD4017 en lui-même ne craint rien sans ces diodes car les résistances en série avec les sorties limitent le courant, mais la suite des opérations serait toutefois compromise.

Oscillateur "HF"
Appeler "HF" un oscillateur dont la fréquence de sortie se limite à quelques KHz est un peu cavalier, mais j'assume. Il s'agit en fait de faire la différence entre deux oscillateurs identiques en forme mais ne travaillant pas du tout à la même vitesse. Le premier oscillateur à NE555 fonctionne à une vitesse de l'ordre du hertz, et le second fonctionne entre 1 KHz et 10 KHz. La fréquence d'oscillation de ce second oscillateur dépend de la valeur des composants fixes associés R11, R12 et C6, mais dépend aussi de deux paramètres "externes" :
- tension appliquée sur l'entrée 5 du NE555. Quand cette tension est élevée, la fréquence d'oscillation est plus basse, et quand cette tension est faible, la fréquence d'oscillation est plus élevée.
- mise en ou hors service du condensateur C5 par le biais du transostor Q1. Quand Q1 est bloqué, ce condensateur est hors service et le NE555 ne voit que le condensateur C6 sur ses deux pattes 2 et 6 (10 nF). Quand Q1 est saturé, C5 est mis en parallèle sur C6 (au travers de la jonction émetteur - collecteur de Q1 qui fait ici office d'interrupteur) et le NE555 voit alors un condensateur équivalent de valeur plus élevée (10 nF + 39 nF, soit 49 nF). Dans ces conditions, la fréquence d'oscillation est abaissée dans un rapport d'environ 5.

Simplifications possibles

- Il est possible de se contenter d'une alimentation unique de +12 V, et donc de supprimer la diode D5, le condensateur C2, et le trio R13, R14 et Q2. Dans ce cas, la bobine L1 qui était reliée sur le collecteur de Q2, peut être raccordée directement à la sortie du second NE555 (U3). Cette façon de faire permet d'économiser quelques composants, mais l'amplitude du champ magnétique est alors moindre. Peut-être cela est-il suffisant dans certains cas, je serais bien incapable de le certifier.
- Si vous pouvez vous contenter de deux fréquences seulement au lieu de quatre, par exemple 2 KHz et 5 KHz, vous pouvez supprimer le CD4017 et les diodes et résistances qui lui sont associées. Dans ce cas, le premier NE555 pilote directement le transistor Q1, et la fréquence d'oscillation du second oscillateur dépend alors de la mise en ou hors fonction du condensateur additionnel. Si vous désirez conserver le changement de fréquence toutes les secondes, il faut doubler la valeur du condensateur C4 (mettre un 22 uF).

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.

anti_tartre_installation_001b

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.

Circuit imprimé

Non réalisé, vue 3D uniquement pour aperçu des composants utilisés.

Historique

07/05/2017
- Ajout infos concernant les bobines.
04/03/2012
- Ajout précisions concernant la réalisation des bobines.
05/04/2010
- Première mise à disposition.