Deconstructing David

Heureux propriétaire depuis 2005 d’une machine Nespresso Essenza (Krups XN2005) ce n’est qu’aujourd’hui que j’ai osé me lancer dans le démontage de l’engin. En effet, j’ai pu remarquer dès le déballage il y a 3 ans que la bête était entièrement assemblée par des espèces de rivets bizarres, apparemment inattaquables sans tout démolir… C’est avec satisfaction que j’ai découvert aujourd’hui que ces éléments étranges n’étaient pas des rivets mais bien des vis, mais à la tête très curieuse: sans empreinte concave, elles sont juste constituées d’une espèce de petit chapeau haut de forme apparemment cylindrique. Or c’est là qu’est l’astuce! Cette tête n’est pas circulaire mais ovale, ce qui permet d’y appliquer un couple.

Pour faire tourner ces vis, inutile de les torturer avec une grosse pince, celles qui sont au fond du carter en ABS sont de toute façon inaccessibles! Plusieurs solutions s’offrent donc au bricoleur:
-acheter le tournevis adéquat, avec cette empreinte bizarre, une quarantaine d’euros sur le net -> cher et inutile
-fabriquer soi même ce tournevis en perçant un trou de 3,5mm dans une vis de 6mm en acier puis en écrasant ce trou au marteau pour lui donner une forme ovale ¹ -> astucieux mais difficile à réaliser sans des machines outils précises. J’ai fait plusieurs essais sans succès: soit l’ovale est trop écrasé, soit pas assez…

Un peu déconfit, j’étais prêt à renoncer quand je suis tombé sur un tube d’aluminium (diamètre interne 4mm, externe 6mm) acheté il y a quelques mois dans un Leroy Merlin quelconque. Il m’a suffit de mordre doucement le bout de ce tube avec un pince ordinaire pour lui donner la forme ovale idéale qui m’a permis de déloger les 8 vis de la machine du bout des doigts, sans effort et sans casse! Il me semble donc que c’est de loin l’outil idéal tant d’un point de vue pratique qu’économique!

Une fois ces vis retirées, la coque se démonte très facilement et sans risques de casse. Les trois photos suivantes présentent la bête déshabillée. Le cliché central permet de comprendre aisément le fonctionnement de la machine. L’eau froide est ponctionnée à droite, sous le réservoir. Elle traverse la pompe verte, ressort par le tube fin bleu transparent et va dans le thermobloc. Elle en ressort par un autre tube fin, mais entouré d’une gaine de silicone, qui monte verticalement vers la presse à capsules (première photo). On remarque que la pompe est montée sur de gros silentblocs. Elle est fabriquée par Invensys ; il s’agit manifestement d’une pompe à solénoide, modèle 0018526 CL7 10702, qui consomme 70W.

Je précise ici que ce n’est pas une panne qui m’a poussé à démonter cette Nespresso! Si je me suis intéressé à cette machine c’est uniquement parce que le fabricant a voulu en protéger le contenu par une visserie exotique. Si Nestlé avait utilisé des vis ordinaires je n’y aurais probablement jamais touché… Quoiqu’il en soit, je n’ai relevé aucun signe d’usure ou de casse. Les seuls stigmates de l’utilisation intensive de la machine sont les traces de calcaire: posée à côté de l’évier, la petite Krups a souvent les pattes dans l’eau. Un peu d’acide acétique a rapidement eu raison de ces croutes calcaires.

J’ai finalement démonté le nez de la machine qui se déclipse très facilement via deux pattes (une de chaque côté) visibles au centre de la photo ci-contre.
Contrairement au reste de la machine, cette zone (la seule en contact avec le café) est assez crasseuse: les vapeurs grasses déposent un résidu brun, gluant et malodorant sur toute la surface intérieure du nez. Il faut être honnête, vu sous cet angle, mon matériel est nettement moins sexy que celui de George Clooney! Mais pas de panique: un peu d’eau chaude, une brosse à dent usagée et l’engin retrouve un excellent aspect!

Je n’ai pas touché à la presse à cartouches et aux buses car l’ensemble est assemblé par des vis torx de plusieurs tailles et j’ai eu la flemme de partir à la chasse aux tournevis adéquats.

Après avoir tout bien nettoyé et réassemblé, j’ai terminé cette séance de démontage en remplaçant les 8 vis ovales par des cousines cruciformes, what else?

Lors de mon dernier test de distillation, le refroidisseur à air a posé problème. Les tubes transparents reliant les tubes (en série) se sont ramollis avec la chaleur et se sont croqués aux coudes, augmentant considérablement la perte de charge.

Pour résoudre ce problème, j’ai monté un système en parallèle: l’eau en provenance du condenseur arrive dans un distributeur qui la répartit en 10 flux qui traversent ensuite le refroidisseur simultanément. Le distributeur en question est assez rudimentaire mais ils est robuste et étanche. Pour l’instant je n’ai pas de collecteur: pour limiter la perte de charge je laisse l’eau s’écouler à la sortie des tubes et je la récupère dans une bouteille d’eau taillée en gouttière.

Montage du système de reflux
Ce travail m’a demandé beaucoup d’efforts: en effet, vu la taille des pièces à braser, il a fallu assembler pratiquement tout d’un coup. Après une heure de bataille avec le chalumeau en suant des gouttes comme des cerises, je suis finalement parvenu à fixer tout ensemble. Le montage n’est pas parfaitement d’équerre, mais peu importe: l’ensemble est robuste et fonctionnel.

Le montage est globalement simple et les photos suivantes se passent d’explications. Seul le petit morceau de tube transparent sur le circuit de reflux est peut-être un peu mystérieux. Il s’agit en fait d’un moyen de contrôler le débit de reflux.


Seconde distillation
Comme lors du test précédent, j’ai chargé le bouilleur avec 10 litres d’eau. J’ai réalisé la distillation à pleine puissance, soit 2400W, en utilisant le refroidisseur décrit précédemment sans son ventilateur.
D’un point de vue strictement opérationnel, j’ai observé les mêmes fuites que lors du premier test, rien d’alarmant. Le système de reflux semble bien fonctionner mais mon système de tube transparent n’est finalement pas un avantage: en pratique il est soit bouché par une bulle d’air, soit rempli de fluide si bien qu’on ne voit rien du débit… Autre ennui avec les tubes en plastique: les coudes du refroidisseur s’assouplissent avec la chaleur et finissent par se “croquer” ce qui augmente considérablement les pertes de charge.

Une fois qu’il m’a semblé que l’appareil avait atteint un état à peu près stationnaire, j’ai réalisé quelques mesures de température:
-l’eau du baril de refroidissement est à 40°C (c’est trop)
-l’eau à la sortie du condenseur est à 60°C
-le refroidisseur est à 55°C (sans son ventilateur)
-le distillat est à 45°C (c’est trop)

Dimensionnement: quelques réflexions
Ces mesures indiquent clairement que mon système de refroidissement est loin d’être assez performant. La solution la plus simple serait d’alimenter mon condenseur directement en eau du robinet, mais ça implique un important gaspillage d’eau. Je vais donc plutôt travailler à l’amélioration de la pompe et du refroidisseur.

Lors du test précédent, j’ai mesuré la condensation de 2,4l de distillat/h à reflux nul. Cela correspond à 133,33 moles/h, soit plus de 11000 litres de vapeur/h. Vu le faible diamètre (28mm) de ma colonne, ça donne un temps de séjour dans la colonne de… deux dixièmes de seconde! Autant dire que l’échange liquide/vapeur y sera minable!

À tout point de vue, j’ai donc intérêt à réduire considérablement la puissance de chauffe: cela soulagera la structure, économisera du courant, facilitera le refroidissement et améliorera la finesse de la séparation.

Pour limiter la puissance de chauffe, il me faudrait un gros variac, malheureusement je n’en ai pas sous la main. Pour l’instant, j’ai donc l’intention d’utiliser ce gros transformateur (récup poubelles septembre 2007) et de le brancher en 220->110V.

Ces considérations de puissance sont confirmées sur cette page l’excellent site Homedistiller.org.

Lors de mon essai précédent, j’ai pu observer une élévation importante de de la température de l’eau du condenseur. Élévation tout à fait légitime puisque c’est cette eau qui absorbe l’énergie de la vapeur lors de sa condensation.

Pour réduire cette élévation de température, j’ai monté un petit refroidisseur à air, très simple: à la sortie du condenseur, l’eau chaude circule dans une série de 10 tubes en cuivre (diam 6/8mm) placés dans le gros radiateur de l’alimentation HT pour RX. Le tout est refroidi par un des deux ventilateurs de de l’alim en question.

Sur cette photo, l’entrée et la sortie du refroidisseur se trouvent à gauche, et le ventilateur est démonté: il se place normalement sur les ailettes du radiateur.

J’ai fait quelques tests en circuit fermé (uniquement avec le refroidisseur) et il semble que la perte de charge est tout à fait raisonnable pour ma petite pompe. Reste à déterminer si, en vrai, l’appareil sera utile.

L’essai d’aujourd’hui est le résultat de 3 mois de recherches: pour la première fois, j’ai pu réunir et faire fonctionner simultanément tous les éléments bricolés séparément.

Le dispositif
La principale nouveauté vient de la cuve, j’ai en effet acheté un bouilleur de 20 litres et 2400W. Je règle ainsi tous les ennuis de sécurité, d’étanchéité et d’hygiène décris précédemment: espérons que cet engin fera bon usage.
Comme on le voit sur l’image ci-contre, l’appareil est équipé d’un thermostat: celui-ci coupe le chauffage dès que la température cible est atteinte et le rallume dès que l’eau refroidit de quelques degrés. La température maximale étant 100°C, ce système m’empêchait d’atteindre une ébullition franche et j’ai donc dû le contourner. La modification a été très propre: il a simplement fallu que je déplace la sonde de température de quelques centimètres pour qu’elle ne mesure plus la température du fond de la cuve mais celle du châssis bien frais.
Cette cuve a plusieurs avantages: d’abord elle procure un chauffage puissant, sans risque et facilement nettoyable sans se battre avec le calcaire. Ensuite elle est équipée d’un robinet qui permet de vidanger 20 litres sans devoir soulever l’appareil. Enfin elle dispose d’une jauge qui indique le niveau de liquide.

Pour fixer la colonne à cette cuve, j’ai percé le couvercle au centre, sur la seule zone horizontale et ai placé 3 petites vis. Le socle que j’ai fabriqué en septembre, décrit à la fin de cet article convient bien pour ce montage. L’ensemble est stable et rigide.

La colonne en elle même a été modifiée: je l’ai en fait réduite à sa plus simple expression: un tuyau! L’espèce de H formé précédemment par les deux T a été totalement supprimé. Le tuyau se termine simplement sur un rétrécissement (fabriqué maison) qui sert d’adaptateur au condenseur en verre. Le contact cuivre/verre est réalisé par des rondelles de liège, découpées dans un bouchon.

Le condenseur est alimenté en eau fraîche via mon fût de 25 litres et une petite pompe à diaphragme. Il s’agit donc d’un circuit fermé. J’évite ainsi de devoir rester raccordé au robinet et j’économise un grand volume d’eau. En cas de longue distillation il faudra bien entendu refroidir/remplacer l’eau du fût.

Le test
Une fois le système assemblé comme sur les photos ci-dessus et chargé de 10 litres d’eau, j’ai lancé le chauffage. Il faut environ 20 minutes pour que l’eau se mette à dégager timidement de la vapeur et 40 minutes pour obtenir une ébullition sérieuse.

Première constatation: l’ébullition entraîne des vibrations dans la cuve et des oscillations de la colonne. C’est un peu affolant mais en une heure de tests, rien n’a cédé…

Second point: le couvercle fuit! Rien de bien grave heureusement: une fuite de vapeur autour du couvercle que j’ai neutralisée en fixant le couvercle par une bande adhésive sur tout le périmètre du couvercle. J’ai utilisé un papier collant ordinaire qui par bonheur résiste à la haute température et ne laisse pas de traces de colle sur le métal. Une seconde fuite, au niveau de la jonction à la colonne s’est déclarée après quelques minutes de chauffage. Rien d’important non plus, mais ce sera peut-être plus difficile à contrer. Je songe à découper un joint dans une feuille de silicone (inerte et résistant aux hautes températures).

Troisièmement: le condenseur fonctionne impeccablement! Mis à part quelques glouglous étranges observés dans la région de la jonction avec la colonne (je crois pouvoir résoudre ce problème en utilisant un meilleur bouchon) il n’y a rien à modifier sur cette pièce! Le passage dans les nombreuses circonvolutions de cette belle pièce condense toute la vapeur produite. Le distillat sort par le robinet latéral tout frais, tandis que l’eau de refroidissement coule vers le fût bien chaude! En chauffant à 2400W et en refroidissant via de l’eau à une vingtaine de °C, je condense environ 40ml de distillat par minute, ce qui correspond à 2,4 litres par heure!

Conclusions: ce test est très encourageant et me rassure quant au côté pratique du procédé: il est possible de surveiller seul le bouilleur, le condenseur, la pompe et le distillat simultanément et en toute sécurité. Ce chauffage “à blanc” a également permis un bon nettoyage du système: j’ai vu les résidus de pâte à souder couler et être emportés par les flux de vapeur brûlante.

Les prochaines évolutions
Malgré les bons résultats de cette après-midi, le travail n’est pas encore fini! Il me faut encore monter le système de reflux, régler les petits problèmes d’étanchéité et finalement songer à l’aspect esthétique de l’ensemble: papier de verre et vernis seront sans doute mes meilleurs amis.