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Electronique > Réalisations > Pupitre de tir 001

Dernière mise à jour : 21/01/2019

Présentation

Le présent article décrit un pupitre de départ pour feux d'artifice.

Avertissements

Ce pupitre doit impérativement être construit et utilisé par des professionnels qui connaissent les risques liés aux feux d'artifice et les bases minimales de l'électronique. Je ne saurais être tenu pour responsable de tout accident du à un usage "non autorisé" de ce pupitre. Merci de respecter la règlementation en vigueur.

Schéma

Le schéma représente 8 départs mais ce nombre peut être augmenté sans problème et de façon très simple.

Inflammateurs

Pour faire partir un feu, on utilise un inflammateur, élément électrique qui possède une résistance ohmique très faible, généralement comprise entre 0,5 ohm et 2 ohms (ce qui implique une source d'énergie capable de débiter assez de courant, typiquement de l'ordre de l'ampère).

 

Quand on applique une tension suffisante sur les deux bornes de l'inflammateur, le courant qui y circule provoque un échauffement suffisant pour provoquer la mise à feu, via l'apparition d'une flamme. Un inflammateur peut nécessiter un courant de 1 A ou plus pendant quelques ms pour s'ammorcer, par exemple 0,6 A pendant 3 ms ou 2 A pendant 4 ms. Un courant moindre peut y circuler pendant un certain temps sans risque de l'ammorcer, par exemple 0,2 A pendant 10 secondes maximum ou 20 mA pendant 5 minutes (dépend des modèles). Pour plusieurs types d'inflammateurs, il semblerait qu'un courant de 10 mA soit considéré comme la valeur maximale à ne pas dépasser pour un test permanent. Les inflammateurs sont disponibles auprès des revendeurs de produits pyrotechniques, mais on peut dans certains cas les remplacer par de simples résistances du commerce de 0,47 ohm à 1 ohm, 0,25 W (la garantie d'un bon fonctionnement est moindre, mais en général cela fonctionne bien).

Principe général du pupitre de tir

Chaque voie de départ de feu est construite selon un procédé fort simple. Il faut une intensité de courant suffisante pour amorcer l'inflammateur, celle-ci peut être obtenue via un set de piles qui délivre une tension appropriée. Ici, on fait usage d'un paquet de 10 piles de 4,5 V ou d'un paquet de 4 accus de 12 V (toute autre combinaison est bien sûr possible). Afin de vérifier si l'inflammateur est bien en place, on peut y faire circuler un courant de faible valeur, suffisant pour allumer une LED mais insuffisant pour l'amorcer (il serait malheureux et dangereux qu'un mode test provoque un départ de feu inopiné). Le test de chaque ligne de tir est ainsi assuré par une LED câblée en série avec l'inflammateur et une résistance additionnelle de limitation de courant. Cette résistance additionnelle doit avoir une valeur très élevée par rapport à la résistance propre de l'inflammateur, sa valeur est fixée ici à 47 kO et permet de disposer d'un courant de 1 mA environ dans la LED qui sera obligatoirement de type haute luminosité.

Remarques :

• Quand je parle de LED "haute luminosité", je fais allusion à celles qui avec un courant nominal de 20 mA produisent un haut flux de lumière. Ce type de LED s'éclaire très bien à 1 mA et fait parfaitement l'affaire. Les LED "basse consommation" qui se contentent d'un courant nominal de 1 mA s'illuminent moins et sont moins adaptées dans ce type d'application.
• On pourrait aussi utiliser des LED standard qui nécessitent un courant nominal de 20 mA pour s'éclairer correctement et abaisser la valeur de la résistance de limitation de courant, mais dans ce cas on ne pourrait pas laisser la ligne en mode test trop longtemps (risque d'amorcer l'inflammateur par échauffement progressif).

On peut à juste titre se demander pourquoi une tension aussi élevée est utilisée pour ce pupitre, sachant que des inflammateurs peuvent se contenter d'un courant de 2 A avec une résistance interne de 0,5 ohm (la tension requise théorique est de U = R x I = 0,5 x 2 = 1 V). La raison est multiple : chute progressive de la tension des piles, résistance non négligeable des fils qui relient le pupitre aux inflammateurs (environ 15 à 20 ohms pour 100 mètres), mise en série de plusieurs inflammateurs sur une même ligne, et également rapidité de départ de feu (un même type d'inflammateur réagit plus vite avec une intensité de courant plus élevée).

Si on branche plusieurs inflammateurs sur une même ligne, on doit impérativement les raccorder en série et non en parallèle (en mode parallèle, la fonction de test ligne ne mettrait pas en évidence un éventuel défaut de liaison d'un des inflammateurs). Pour un seul inflammateur par ligne et pour de faibles distances de câblage, on peut se contenter d'une tension d'alimentation de 12 V.

Fonctionnement détaillé

L'alimentation générale est assurée par le bloc de piles ou d'accus BAT1. L'interrupteur SW101 permet la mise en route générale de l'ensemble, la LED101 s'illumine pour visualiser la mise sous tension. Comme cette LED reste allumée en permanence, on utilise deux diodes zener en série avec une résistance pour limiter le courant qui la traverse. On pourrait fort bien utiliser une unique résistance pour limiter le courant dans la LED, mais la puissance que devrait dissiper celle-ci imposerait une résistance de 1 W au minimum. En effet, provoquer une chute de tension de quelque 46 V (cas où l'on dispose d'une source de tension de 48 V et d'une LED de tension nominale 2 V et de courant nominal 20 mA), impliquerait une dissipation de puissance de :

P = U x I = 46 * 0.02 = 0,92 W

Dans le schéma proposé, le courant de LED est limité à 3,4 mA et la dissipation de puissance dans la résistance R101 est de

P = U x I = (46 - 15 - 15) * 0.0034 = 0,05 W

L'application de la tension sur les inflammateurs nécessite l'activation d'un autre commutateur électromécanique, ici SW102 (interrupteur d'armement). Cet interrupteur à clé n'est pas obligatoire mais il est amplement conseillé, surtout si le pupitre peut être laissé à la vue de personnes non autorisée. Pour chaque ligne de tir, on dispose d'un inverseur simple (SPST), d'une LED avec sa résistance série pour le test ligne, et d'un bouton-poussoir pour la mise à feu. Si on prend par exemple la première ligne de tir, on dispose des composants suivants :

- J1 : connecteur pour le raccordement de l'inflammateur N°1
- SW1A : inverseur pour position la ligne en mode "Test" ou "Tir"
- SW1B : bouton-poussoir pour le départ de feu
- LED1 et R1 pour la fonction test

Quand SW1A est en position Test, la LED de test doit s'allumer. Si elle ne s'allume pas, cela signifie que la ligne de l'inflammateur n'est pas correctement refermée. 

Remarque : un court-circuit au niveau des broches de l'infllammateur provoque l'allumage de la LED Test et pour autant le départ de feu ne pourra pas se faire. Un contrôle de court-circuit de l'inflammateur n'est pas simple, surtout à distance !

Quand SW1A est en position Tir (feu), l'inflammateur est amorcé au moment où l'on presse le bouton-poussoir correspondant SW1B. Si les broches de l'infllammateur sont en court-circuit au moment où on presse SW1B, l'alimentation générale s'écroule et la LED101 s'éteint. C'est une façon brutale de signaler le problème. Il peut même y avoir un réel danger avec des accus qui pourraient se sentir mal et exploser. Rien que pour cette raison, l'usage de piles est largement conseillé (si vous préférez utiliser des accus, n'oubliez pas d'ajouter un limiteur de courant pour limiter la casse en cas de problème, la valeur du courant max dépendant du courant max que peuvent débiter les accus).

   

Raccord aux inflammateurs

Pour assurer la liaison entre les inflammateurs et le pupitre, on peut utiliser des borniers à vis ou des borniers à ressort (tels que ceux utilisés pour raccorder des HP sur des sorties d'un ampli hifi), mais tout autre système de raccord fiable peut être utilisé.

Améliorations et variantes possibles

Le circuit proposé ici est l'un des plus simples qu'on puisse imaginer, si on exclue la fameuse "planche à clous". On peut tester la liaison avec l'inflammateur via la fonction Test, mais on ne peut pas déterminer si l'inflammateur est en court-circuit. Pour ce genre de contrôle, il faudrait ajouter un circuit de mesure basé sur un comparateur de tension.

La mise en place d'un unique bouton-poussoir de départ de feu pour l'ensemble des lignes est possible, mais cela réclame plus d'attention de la part de l'utilisateur, car les lignes qui ne doivent pas partir quand on le presse doivent impérativement être en mode Test, voir schéma suivant.



Dans ce schéma, l'inflammateur de la ligne #2 s'amorce quand on presse le bouton-poussoir de départ de feu SW103. Les autres lignes sont en mode Test et le courant qui circule dans les inflammateurs n'est pas suffisant pour les amorcer. La valeur des résistances R1 à R8 peut être portée à 100 kO si les LED s'éclairent encore assez avec un courant de 500 uA (c'est le cas de nombreuses LED très haute luminosité).

Inverseurs à trois positions ?

Alain D. préfère utiliser pour SW1(A) à SW8(A) des inverseurs à 3 positions de type ON-OFF-(ON) pour un usage plus sécurisé :
- position centrale : aucune action, inflammateur totalement déconnecté
- position haute maintenue : test ligne
- position basse momentanée : ligne sous tension et prête pour la mise à feu.

Karim D. quant à lui considère qu'un inverseur simple (sans position centrale) constitue le strict minimum. Il insiste aussi sur le fait que les lignes d'alimentation "Tir" et "Test" doivent être parfaitement séparées.

Cette façon de faire impose deux actions simultanées pour le départ de feu de chaque ligne de tir : positionnement correct de l'inverseur (position basse fugitive) et pression du bouton-poussoir pour la ligne considérée.

Rémi P. a lui aussi utilisé un tel inverseur à trois positions pour tous les pupitres qu'il a réalisés, avec un variante de taille : un seul inverseur est utilisé pour l'ensemble des lignes, et une source de tension supplémentaire de 3 V est dédiée au test ligne. Un mixage de son système avec celui qui précède donnerait le schéma suivant (BAT2 est la source de tension dédiée au test ligne).

Si SW102 est en position Feu, la pression sur les boutons-poussoirs SW1 à SW8 provoque la mise à feu. Si SW102 est en position Test, la pression sur les boutons-poussoirs SW1 à SW8 joue le rôle de test ligne. Une telle façon de faire simplifie le câblage, mais elle ne permet pas le test ligne quand une ligne doit être "prête au départ".

   

Conclusion

Plusieurs modes de câblage peuvent être adoptés, dès l'instant où la question de la sécurité n'est pas négligée. Si on ne peut évidement pas exclure un oubli, une erreur de manipulation ou un défaut de composant, il faut réfléchir à une mise en oeuvre qui minimise les risques de gros problèmes (notamment départ de feu inopiné).

Merci à Alain, Rémi et Karim pour leurs retours et suggestions !

   

Commande déportée

Un déport du pupitre de commande peut être envisagé, avec circuit d'amorçage des inflammateurs au plus proche de ces derniers. L'avantage de cette méthode est l'économie faite sur la longueur des câbles. Dans ce cas, le pupitre de commande envoie simplement des ordres et il ne circule plus de puissance dans le câble unique qui le relie au circuit de départ des feux. La transmission des ordres doit bien sûr être sécurisée et assurée en mode différentiel (Ethernet, RS422 ou RS485 par exemple) pour limiter les risques de faux départ. Il existe déjà des systèmes de ce type sur le marché de la pyrotechnie, je n'invente rien.

   

Circuit imprimé

Le faible nombre de composants permet un câblage "en l'air" sans circuit imprimé. Attention toutefois, le câblage doit être soigné et robuste, il ne doit pas lâcher durant le déplacement du pupitre !

   

Historique

03/08/2014
- Ajout commentaires de professionnels du tir.
- Ajout schéma 001c.
27/07/2014
- Première mise à disposition.