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

Dernière mise à jour : 03/12/2023

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_front  anti_tartre_002b_pcb_3d_front  
Deux versions : avec transformateur d'alimentation séparé (002) ou intégré au PCB (002b).

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 (régulation d'alimentation intégrée) et ne nécessite aucun réglage.

Deux versions de PCB sont prévues :
- version 002 : transformateur d'alimentation externe au circuit imprimé (choix facilité pour son modèle)
- version 002b : transformateur d'alimentation inclus sur le au circuit imprimé (système plus compact, mais modèle imposé)
Les deux versions s'appuient sur le même schéma.

   

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 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 un champ magnétique sur le trajet de l'eau.

Bien que les appareils proposés sur le marché soulèvent légitimement des soupçons quant à leur efficacité (les charlatans ont toujours leur place dans un monde où les jolis chiffres ou mots scientifiques font des étincelles), certains utilisateurs reconnaissent une "certaine efficacité". Effet placebo ? 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. Des recherches sérieuses montrent qu'un tel système peut être efficace si on utilise des champs magnétiques très puissants, ce qui est difficile à obtenir en pratique. L'idée est de modifier la structure des cristaux de calcaire en suspension dans l'eau pour les empêcher 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.

   

Avertissement

Ce montage étant relié au secteur 230 V - et de surcroît 7/7j et 24/24h, vous devez impérativement lire cet avertissement si vous souhaitez entreprendre sa réalisation.

Je ne suis absolument pas en mesure de prouver l'efficacité de ce montage. Contrairement aux professionnels qui vendent ce type d'appareil (à prix d'or), je ne peux exposer ici aucun argument supra-scientifique que moi-même ne comprendrais pas. J'ai des retours d'utilisateurs qui me disent que cela fonctionne chez eux (y compris d'un qui n'y croyait pas du tout), il ne s'agit que de leur parole. Si vous avez envie d'essayer pour vous faire une idée personnelle, allez-y. Mais ne me blâmez pas si les résultats sont inférieurs à vos attentes ;)

   

Schéma 002/002b

Je vous l'ai dit, le schéma de cet anti-tartre est 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
Schéma pour versions 002 et 002b

   

Principe général de fonctionnement
Le montage présenté ici délivre 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 (valeurs évidement "grossières" et dépendantes de la tolérance des composants utilisés, notamment des condensateurs). Ces fréquences ne sont pas choisies au hasard, ce sont celles qui sont utilisées par les appareils du commerce. Comme je suis bien incapable de préciser quelle est la meilleure 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

La source d'énergie est prélevée du secteur via un transformateur de puissance 2-3 VA et de tensions de sortie 2 x 18 V (soit secondaire avec prise intermédiaire, soit deux secondaires indépendants reliés 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 du 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.

La tension aux bornes du condensateur C2 peut être comprise entre 50 V et 60 V, raison pour laquelle vous devez impérativement utiliser un modèle dont la tension de service est de 63 V, ou mieux encore de 100 V.

La partie redressement peut être simplifiée en supprimant les diodes D2 à D4. Dans ce cas, il faut relier à la masse le fil noté AC1 sur le schéma. Dans ce cas de figure, la tension alternative est redressée en mono-alternance et la tension redressée appliquée à l'entrée de U4 présente une ondulation résiduelle plus élevée. L'important ici est que les creux de tension observés en ce point ne descendent pas en dessous de 15 V (à vérifier à l'oscilloscope) pour que le régulateur de tension fonctionne toujours correctement et que sa tension de sortie reste stabilisée à 12 V. Le cas échéant, augmenter la valeur de C1 pour diminuer l'ondulation résiduelle. Notez au passage qu'en procédant ainsi, le régulateur de tension chauffe moins.

   
Différences entre schémas 002 et 002b

Le schéma 002b correspond à l'implantation des composants version 002b pour laquelle le transformateur d'alimentation (Myrra 1,5 VA) est directement soudé sur le PCB. Ce schéma 002b non représenté ici est identique au schéma 002 ci-devant, à la différence près que dans la version 002b ont été ajoutés :
- un fusible (FU1) type "TR5/TE5" (petit modèle cylindrique vertical/radial) entre l'arrivée secteur 230 V et le primaire du transformateur TR1. Valeur fusible 63 mA (0,063 A).
- une varistance (MOV1) en parallèle sur le primaire du transformateur TR1. Référence varistance V250LA20.

Ces deux composants ajoutés sont facultatifs, mais conseillés (montage relié en permanence sur le secteur 230 V).
Pour la version 002b, le transformateur Myrra 1,5 VA peut être remplacé par un modèle équivalent d'une autre marque.

   
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 office 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 :

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" A et B :

A : 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.

B : mise en ou hors service du condensateur C5 par le biais du transistor Q1. Quand Q1 est bloqué, ce condensateur est hors service et le NE555 ne voit que le condensateur C6 sur ses deux broches 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.

Remarque : j'ai prévu au départ pour Q2 un transistor 2N1711 dont la tension C-E (Vce) maximale de 50 V s'avère un poil trop juste. Je suggère désormais d'utiliser un transistor NPN ayant un Vce max de 60 V au minimum, tel que le 2N3440, 2N3053, 2N1893 ou BF257. Pour mon prototype, j'ai utilisé un BF257 (Vce > 100 V).


Simplifications possibles


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.


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(s)

Trois protos...

Mon prototype
Réalisé pour la version 002 avec transformateur d'alimentation hors PCB.

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Montage fonctionnel. Le test avec haut-parleur est celui que je mentionne plus loin au § Test du système avant installation. 

Le régulateur de tension LM7812 chauffe un peu (c'est normal) et un petit dissipateur thermique est conseillé. L'emploi de 555 version CMOS à la place des traditionnels NE555 permet de réduire un peu l'échauffement.

Pour le transformateur d'alimentation, je pensais avoir en stock un modèle 1,5 VA, mais je me suis trompé, c'était un modèle 2,3 VA. Je ne suis donc pas en mesure pour l'instant de valider la version 002b avec transformateur moulé 1,5 VA soudé sur le PCB.
   
Prototype de Alain B.
Montage réalisé en double face, avec un transformateur d'alimentation de 2 x 15 V.
   
anti_tartre_002_proto_ab_001a  
   

Commentaire de Alain :

Les 2 transistors sont un 2N2222 pour le petit et un 2N1893 pour le grand. Avec mon transfo en sortie 2x15v au lieu de 2x18v je n'ai que 40v en sortie contre les 50v prévu mais je pense que cela marchera aussi bien.
   
Prototype de Jean-Louis D.

   

anti_tartre_002_proto_jld_001a  anti_tartre_002_proto_jld_001b  anti_tartre_002_proto_jld_001c
   
Commentaire de Jean-Louis :

Bonjour, j’ai réalisé l’anti-tartre 002, il est plus efficace que celui du commerce D-Calc-plus-CNA (CNA pour contrôle numérique d’absorption) tension de sortie crête à crête = 13,49 V et F = 3,110 kHz ; pas très efficace, présence de calcaire sur l’évier et dans la bouilloire. Longueur de chaque câble 5,20 m comme préconisé par le fabricant D CALC. La canalisation est en polyéthylène, ce n’est pas l’idéal.

Montage anti-tartre 002 de Sonelec-musique : test depuis 3 semaines, plus efficace que le premier, beaucoup moins de présence de calcaire sur l’évier en inox et sur la bouilloire. Utilisation des 2 câbles de 5,20 m diamètre 1,5. Quelques modifications ont été apportées. C1= 470 uF comme préconisé. Une capa de 10 nF au borne 5 de l’oscillateur BF U1. Des diodes 1N4001 au lieu de 1N4148 (par facilité, elles était présente dans le tiroir). F1 = 1,282 kHz , F2 = 2,096 kHz, F3 = 4,942 kHz, F4 = 9,763 kHz ; tension de sortie crête à crête 59,38 V. Ci-joint schéma modifié et dessin PCB.

   

anti_tartre_002_proto_jld_001d  anti_tartre_002_proto_jld_001e
   
Merci Jean-Louis pour vos photos et retours d'expériences ;)

   

Test du système avant installation

Si vous possédez un oscilloscope, vérifier l'amplitude du signal électrique disponible sur le collecteur du transistor Q1 (par rapport à la masse), avec une sonde en position 1:10. En ce point, vous devez observer un signal carré (éventuellement un peu déformé) dont l'amplitude crête-à-crête est de plusieurs dizaines de volts. L'amplitude ne doit pas changer beaucoup quand la fréquence du signal change.

Si vous ne possédez pas d'oscilloscope, vous pouvez câbler un haut-parleur (impédance comprise entre 4 ohms et 50 ohms) en série avec une résistance de 1000 ohms, en parallèle sur R2 - autrement dit entre le collecteur de Q2 et la ligne +50 V. Vous pouvez aussi brancher le HP avec une résistance série de 100 ohms entre le collecteur de Q2 et la ligne +5 V. Notez que si vous employez un petit HP bas de gamme comme je l'ai fait, il se peut que vous n'entendiez pas grand chose à 10 kHz... 

   

Circuit imprimé (PCB)

Réalisé en double face, avec transformateur d'alimentation externe (V002) ou soudé sur le PCB (V002b).

Important : pour la version avec transformateur d'alimentation sur le PCB (modèle 1,5VA), des tests "longue durée" doivent être réalisés pour s'assurer de l'absence d'échauffement excessif du transformateur.



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Version 002 : transformateur d'alimentation externe au PCB

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Version 002b : transformateur d'alimentation inclus sur le PCB

Circuits imprimés (PCB) 002 et 002b au format PDF - (10/09/2023)

   

Historique

03/12/2023
- Ajout photos prototype de Alain B. que je remercie pour ses retours et photo (version avec transformateur externe).

24/09/2023
- Ajout photos de mon prototype 002 (avec transformateur externe).

10/09/2023
- Ajout dessin PCB version avec transformateur d'alimentation implanté sur le PCB (modèle Myrra 2 x 18 V - 1,5 VA). Attention, cette version n'a pas été testée avec ce transformateur, des tests d'au moins 72h ininterrompues sont impératifs avant installation définitive ! Je ferai ces tests dès réception des circuits imprimés.
- Schéma 002b : ajout d'un fusible (FU1) et d'une varistance (MOV1). La varistance est placée du côté opposé au transformateur.
- Ajout méthode de test avec ou sans oscilloscope.

07/05/2023
- Ajout dessin PCB.

28/08/2022
- Ajout photos du prototype de Jean-Louis D., que je remercie pour ses retours.

24/09/2017
- Ajouts infos concernant la section alimentation secteur.

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.