Deconstructing David

À force d’étudier ces engins et de les utiliser aux labos, j’ai fini par céder et ai décidé de construire ma propre colonne. Si le procédé de distillation est relativement simple, construire une bonne colonne avec les moyens du bord est en revanche moins aisé: c’est sur cette tâche que je me penche depuis plusieurs jours.

Le premier problème qui se pose est le choix des matériaux. L’inox de haute qualité utilisé en industrie est idéal mais il est excessivement cher et je ne suis pas en mesure de le travailler. Le verre, largement utilisé en labo a l’avantage d’être transparent et facile à nettoyer mais il est cher, fragile et difficile à obtenir. Tous les plastiques sont à proscrire vu les hautes températures mises en jeu et leur éventuelle solubilité face aux distillats. J’ai donc choisi le cuivre: certes assez cher mais très facile à assembler par brasure à l’étain. Pour les lecteurs intéressés par les problèmes de corrosion des cuves de brassage, je conseille vivement la lecture de cet excellent article de John J. Palmer. Dans ce précieux document, on peut notamment lire:

Copper is generally more acid resistant than it is alkaline resistant.
Alkalines like bleach, ammonia and hydrogen peroxide will quickly cause
blackening of copper and brass due to the formation of black oxides. These
oxides will rub off, exposing new metal to corrosion. For this reason alkaline
cleaners, very useful for dissolving organic deposits, should be used with
caution. Copper is not resistant to oxidizing acids like nitric and sulfuric
and non-oxydizing-acid solutions that have oxygen dissolved into them. Copper
is usually resistant to non-oxidizing acids like acetic, hydrochloric, and
phosphoric.

Après le choix des matériaux, vient le choix du design: un alambic ordinaire à la façon des alchimistes d’antan est un peu simple et ne propose pas vraiment de challenge à la construction. Une vraie colonne à plateaux est en revanche un peu trop complexe. J’ai donc choisi la solution intermédiaire: une colonne à garnissage. Sur l’excellent site Moonshine-still, j’ai pu trouver de nombreux exemples de réalisations artisanales et une foule de considérations techniques passionnantes.

Partie supérieure en cuivre
La partie supérieure est constituée de la colonne en elle même, mais aussi du support de thermomètre, du condenseur et des robinets de contrôle. Ces deux robinets permettent de décider du sort du distillat fraichement condensé: soit je renvoie celui-ci dans la colonne pour un second passage (via le robinet de reflux), soit je ponctionne ce distillat en ouvrant le robinet d’évacuation. La réalisation de cette section n’a pas posé de problèmes particuliers. Le tube principal fait 28mm, les petits tubes mesurent 8mm (diam ext) et les robinets sont des valves à pointeau pour butane, 1/4″. Seule une pièce m’a demandé un peu plus de travail: le collecteur situé en dessous du condenseur et qui alimente les robinets. Cette pièce est visible sur la 3ème photo ci-dessous. Les deux mini bouts de tubes ne sont là que pour rigidifier les deux grands qui sont connectés aux robinets.

Ces images sont le résultat brut juste après le brasage, ce qui explique la teinte du cuivre. De plus les circuits de ponction et de reflux ne sont pas terminés. Le thermomètre, le refroidisseur et le garnissage ne sont pas encore faits.

Partie inférieure en inox
La partie inférieure est en fait la cuve dans laquelle le mélange à distiller doit bouillir. Elle doit simplement avoir une capacité suffisante et être parfaitement étanche. Paradoxalement, c’est cette pièce plutôt simple qui jusqu’à présent m’a demandé le plus de mal. En effet, je comptais initialement utiliser une marmite de cuisson. Malheureusement, les marmites de forte contenance (min 15 litres) sont soit assez chères, soit de piètre qualité. De plus, leur couvercle est très souvent bombé, en verre et muni d’une poignée: trois éléments qui gênent voire empêchent la mise en place de la colonne. Après de longues recherches, j’ai finalement pu récupérer à l’université une jolie cuve en acier.

Avantages: elle est très robuste (15kg à vide), l’inox est en parfait état, le couvercle est plat et garni d’un bon joint, des trous sont déjà pratiqués un peu partout. Inconvénients: son volume est un peu faible (12 litres, 15 à ras bord) et il ya trop de trous dedans! J’ai donc passé ces derniers jours à colmater ces différents orifices.

Le trou central du couvercle va évidemment servir à l’évacuation des gaz vers la colonne. Le couvercle possède également trois autres trous non taraudés, un de 25mm et deux de 17mm que je boucherai probablement avec du liège (pratique pour adapter des thermomètres). Le couvercle possède également un trou au filetage étrange, probablement du 1/8″, dans lequel j’ai enfoncé à la barbare une vis métrique M10.
Pour les deux trous en tubes du flanc de la cuve, j’ai trouvé des bouchons en fonte de 3/8″. Pour les trois trous de 1/4″ (deux dans le couvercle, un sur le flanc) j’ai utilisé des mamelons en laiton sur lesquels j’ai brasé une petite plaque de cuivre (voir photo).

Je peux donc dire que jusqu’ici, j’ai pu colmater sans trop d’ennuis cette cuve-gruyère. Malheureusement, deux orifices résistent encore et toujours à l’envahisseur. Il s’agit de deux trous pratiqués dans le fond de la cuve (17mm de diam, non taraudés, distants de 80mm) . Ceux-ci m’empêchent évidemment de chauffer la cuve via une plaque chauffante ordinaire! En effet, si je les colmate avec des vis, le fond ne sera plus plat et je ne pourrai plus poser ma cuve en équilibre sur un plan horizontal. J’ai trouvé une espèce de colle style époxy à deux composants qui résiste à 150°C. On l’utilise parait-il en tant que colle ou mastic sur toutes les surfaces métalliques, notamment les pots d’échappement. Malheureusement, je doute de la capacité de cette colle pour deux aussi gros trous qui seront directement en contact avec une forte source de chaleur.

Mon idée est donc d’exploiter ces deux trous pour insérer au cœur de la cuve une résistance chauffante! Chauffer le liquide de cette manière a plusieurs avantages: d’abord la sécurité: puisque la cuve n’est pas posée sur une plaque chauffante et ne risque donc pas de basculer. Ensuite un meilleur rendement thermique: alors que la plaque chauffe le fond de la cuve et l’air ambiant, la résistance est quant-à elle plongée au sein du liquide et lui communique immédiatement son énergie.

Actuellement, je suis donc à la recherche d’une résistance chauffante d’environ 2000 watts adaptable à ces orifices. Les thermoplongeurs cylindriques ordinaires que j’ai pu voir ne conviennent pas car ils ont des diamètres trop importants: 45 ou 77mm. Or je ne suis pas du tout en mesure d’augmenter la taille des trous vu que le fond de la cuve fait un bon centimètre d’épaisseur. Je songe à des résistances de lave linge: en effet certains modèles sont assez bon marché (une trentaine d’euros) et ont une forme en U qui semble convenir à mon fond à deux trous. Malheureusement, sur le net je n’ai pas pu trouver les dimensions exactes de ces pièces. Je m’interroge sur la possibilité de fabriquer moi même une résistance chauffante à la dimension adéquate, je doute ce cela soit réalisable…

Partie centrale: la base de la colonne
Afin de pouvoir désolidariser la colonne de la cuve, j’ai réalisé une sorte de petit socle à l’aide d’un manchon en cuivre et d’un plaque en laiton. Les trois tubes plus fins autour du manchon servent à rigidifier l’ensemble et à consolider la brasure manchon/plaque de laiton. Ces trois photos représentent, le couvercle nu et ses nombreux trous, le socle recouvert de pâte à souder avant brasage et l’ensemble colonne-socle-cuve, assemblé provisoirement.

La pièce est rigide et très robuste mais malheureusement, la plaque de laiton est assez fine (1mm) et n’est pas parfaitement horizontale: je crains des problèmes d’étanchéité!

Mon essai précédent n’ayant pas été couronné de succès, je suis passé au plan B: fixer de plus petits rétros sur les axes des rowlocks. Comme indiqué dans le message précédent, il est impossible de voir quoi que ce soit dans un miroir disposé sur son propre rowlock mais si le 1 a des miroirs, le 2 peut peut-être y voir quelque chose?

Pour fixer le miroir sur l’extrémité de la tige filetée servant d’axe, mon ami Romain m’a suggéré d’utiliser un tendeur de câble: malheureusement, tous les modèles que j’ai croisés avaient des filets à pas impérial, incompatibles avec nos bateaux.

J’ai donc acheté une espèce de “gros écrou” utilisé justement pour accoupler deux tiges filetées. L’axe du miroir est une grosse vis de 8x120mm, elle soutient le miroir via un U en aluminium collé au dos de celui-ci. La rotation du miroir autour de la grosse vis est libre mais freinée par du ruban adhésif: j’espère ainsi que le montage sera assez rigide pour que le rétro ne bouge pas en cas de vent.

L’ensemble pèse 95g. Naturellement, il n’est compatible qu’avec les bateaux dont l’axe de rowlock fait 8mm. Test demain à 18h: à suivre!

Edit après le test: ça ne va pas du tout! D’abord le plastique est trop souple si bien que l’image est distordue, ensuite il est très difficile d’y voir quelque chose vu qu’on bouge sans cesse. Aucune appréciation correcte des distances. Seul point positif: la fixation est rigide, robuste et pratique.

j’ai également testé un rétroviseur de voiture, avec ventouse. La ventouse possédant une petite rotule, le rétro peut être orienté dans toutes les directions. Meilleurs résultats qu’avec les modèles persos mais comme dit précédemment, le mouvement effréné de va et vient quand on rame nous empêche de fixer une image fixe dans le rétro.

Je ne vois plus qu’une solution: : la webcam et le mini écran tft au pied des rameurs

Après une malheureuse collision avec un gros barril en acier à la dérive, j’ai décidé de prendre quelques mesures pour éviter les collisions. “Regarde ce qui se passe derrière toi” me direz-vous certes, mais ne pas devoir se dévisser le cou apporte un grand confort lors de longues courses ou de passages dans des zones encombrées. J’ai donc décidé de réaliser un système de rétroviseurs.

Le verre étant fragile et difficile à travailler, j’ai choisi du polystyrène miroir en guise de surface réfléchissante. Bon marché, très facile à découper, il bénéficie cependant d’une réflexion moins nette que celle d’un vrai miroir. Toutefois, pour cette application, il convient parfaitement.

J’ai d’abord voulu placer, comme sur les voitures, un rétroviseur de chaque coté du bateau, au sommet des tiges filetées supportant les dames de nage. Toutefois cette position basse rend difficile l’ajustement du miroir, ensuite le mouvement de va et vient du rameur par rapport à son rowlock ne permet pas de scruter l’horizon confortablement.

J’ai donc opté pour large rétroviseur central: environ 10x30cm, fixé sur une tige en bois. Grâce aux trous pratiqués dans la tige, on peut fixer le miroir à 3 hauteurs différentes. La tige et le support du miroir étant carrés, ont peut les emboîter avec un angle de 0 ou 90°, en fonction de la manière dont la tige est fixée au bateau.

La fixation en question est réalisée par l’intermédiaire d’un mini serre joint, percé de deux trous. Je crois qu’il s’agit là du point faible de la structure: je crains que pour ne pas abîmer le bateau, je sois contraint de ne pas trop serrer cette fixation si bien qu’elle va surement bouger.

Je teste dans une heure! À suivre.

Rq: sur ces images le miroir semble très terne car je n’ai pas encore retiré le film de protection qui le recouvre.

Edit 3 h plus tard: mauvaise stratégie! Une aussi grande surface va poser des problèmes en cas de vent. De plus, la position imaginée (près de la planche de pieds) ne convient pas puisqu’on risque d’y gratter ses pouces… Le plan b est donc en route!

Le moteur pop pop est l’appareil étrange qui équipe les petits bateaux jouets en fer blanc et qui produit leur pétarade caractéristique. Si son design est simple, il est toutefois l’objet de nombreuses discussions dont les principaux arguments sont très bien résumés dans l’article Wikipédia à ce sujet.

Je me suis intéressé ce soir à la construction rapide d’une version simplifiée de cet engin. J’ai donc réalisé le montage suivant avec une vieille chute de cuivre (environ 0,4mm) et un tube en laiton (3mm diam. ext.). La fabrication ne pose aucun problème particulier: il faut simplement être attentif lors de l’ajout de l’étain car l’assemblage doit être étanche. De plus, pour faciliter le pliage du tube en laiton, il ne faut pas oublier de le recuire!

Les photos ci-dessus ont été prises après le premier test: la coque est encore pleine de bavures et porte les stigmates du chalumeau. Après ponçage et vernissage elle devrait être moins vilaine. Mais cela en vaut-il la peine?

Vu le temps consacré à la réalisation (moins de 2 heures), le résultat est satisfaisant: le bateau flotte et avance. Toutefois il accuse un gîte peu élégant et avance vraiment très très doucement!

Dans le prochain modèle, je tâcherai donc
- d’utiliser du fer blanc et de dessiner dans plans de coque avant de découper n’importe comment
- de modifier la position ou le diamètre du tuyau de chauffe.

Pour les amateurs du sujet, voici deux exemples de constructions artisanales: en français et en anglais.

Inspiré par les machines de Andy, j’ai moi aussi construit un mini trébuchet, afin de déterminer si ce genre de bricolage était envisageable dans des “engineering competitions”.

La réponse est oui! Non seulement les matériaux sont bon marché mais la construction est extrêmement simple. Tout est fixé à la colle blanche, la seule subtilité est la fronde située à l’extrémité du mât: il est difficile de calculer ses dimensions et sa géométrie, j’ai donc procédé par essai erreur…

J’ai utilisé en tout 4 m de bois, le contrepoids et composé de deux disques en fonte de 500g. La structure actuelle est robuste et rigide: à conserver. En revanche, la fronde et le projectile doivent être modifiés. La portée actuelle est d’environ 15m.

Cet outil a pas mal progressé depuis mon dernier message à son sujet.

Tout d’abord j’ai renoncé à rouler moi même mes tubes car l’opération est longue et ennuyeuse. Après quelques recherches j’ai également perdu l’espoir de trouver des tubes en carton assez résistants et de taille correcte. J’ai donc suivi les conseils de nombreux amateurs et ai choisi du PVC, plastique à la fois léger, robuste et bon marché. Son désavantage face au carton est qu’en cas d’explosion, des fragments de plastique seront projetés dans tous les sens. Je devrai donc redoubler de prudence.

Ci-contre, voici l’outil dans son état actuel: à gauche, le support en aluminium, la base en alu et laiton, le piston en alu et enfin le tube en PVC qui constitue la chemise de la fusée.

Le support en aluminium est une pièce destinée à l’origine à accoupler un moteur avec un arbre. Son rôle ici est de maintenir de façon parfaitement concentrique la chemise en PVC et la base.

La base a été légèrement modifiée par rapport au modèle précédent. J’ai remplacé la rondelle en plastique par une pièce en acier, j’ai retiré le cône qui n’apportait rien et j’ai percé un trou à travers les trois pièces pour les maintenir en place via une goupille. Ce design est nécessaire car quand la tige la base et la rondelle sont simplement enfoncées les unes dans les autres en force, l’assemblage ne résiste pas lorsque je “démoule” la fusée. En effet, la tige a tendance à rester plantée dans la poudre.

Le piston a lui aussi subi son lot d’améliorations. Il est désormais constitué d’un barreau d’alu lui même entouré d’un tube en alu. Cette astuce permet d’avoir deux pistons en un puisqu’en retirant le tube extérieur, je récupère un piston de diamètre légèrement inférieur. Le barreau central possède un trou centré de 5mm et 5cm de profondeur réalisé à la perceuse à colonne. À ce sujet il y a encore une amélioration à faire: le piston troué convient lorsqu’on est au début du remplissage de la fusée. Mais au fur et à mesure que le travail progresse, il serait utile d’avoir un piston non troué!

J’ai testé aujourd’hui le remplissage via ce système. Je suis assez satisfait du résultat: c’est stable, pratique et rapide et à part le petit problème de piston signalé au paragraphe précédent, je ne vois pas ce qu’il reste à améliorer. Par sécurité, j’aimerais encore m’assurer que le frottement aluminium/PVC n’est pas susceptible de créer électricité statique et étincelles. Sur cette dernière image, on voit le résultat après démoulage et humidification. En effet, une fois comprimée la bentonite reste friable sous le doigt. Je l’humidifie donc très légèrement pour la durcir définitivement. La bentonite utilisée ici est de la litière pour chats broyée au mixer électrique.

J’ai récemment fait l’achat d’un diable pour transporter les lourdes pièces que je suis souvent amené à déplacer. Par souci d’économie, j’ai choisi un modèle très bon marché.

Cet engin est sympathique, mais il a toutefois quelques défauts!
La patte de droite qui soutient l’essieu n’a pas été soudée correctement, elle penche vers l’intérieur, si bien qu’à grande charge, si le terrain penche un peu, le pneu droit vient frotter contre cette patte.
J’ai constaté ce défaut lorsque j’ai ramené mon gros moteur (voir sujet suivant). Après 12km de route, le pneu droit était tout rapé (à gauche sur la première photo ci-dessous).
Ensuite, les moyeux dans lesquels vient se loger l’essieu sont trop larges par rapport à celui-ci.
Il y a donc un jeu important, et lorsque le diable n’est pas chargé, ces pièces s’entrechoquent bruyamment.
Enfin, l’essieu est trop fin par rapport aux roulements des roues: cela accentue encore le jeu.

Cette après midi, j’ai donc pris le temps de corriger ces défauts.
J’ai d’abord remplacé l’essieu par une barre d’acier (récupérée dans une imprimante) un peu plus longue et plus épaisse. J’ai ainsi annulé le jeu entre l’essieu et les roues. Ce nouvel axe est visible sur la troisième image ci-dessus. Au premier plan, l’ancien axe avec une des deux “cotter pin” et à l’arrière, le nouvel axe. J’ai pratiqué un trou de 3mm à chaque extrémité de celui-ci pour enfiler les fameuses épingles.

Ensuite, j’ai inséré dans les deux moyeux un tube de pvc afin de combler l’écart essieu-moyeux. Ce tube a aussi pour rôle d’empêcher les roues de trop s’approcher des pattes et de venir s’y frotter.

Pour l’instant que j’ai rien de lourd à transporter sur longue distance mais à ma prochaine sortie je tâcherai de faire un compte rendu de ces modifs.

Les trois plaques sont limées à la main, pour l’assemblage je les ai vissées sur une vis M3 et espacées d’écrous M4 pour conserver un bon alignement.
La tige est faite d’une barre de 4mm “tournée” à la foreuse pour être réduite à 3mm (diam des trous) et coiffée d’une mini-tige de 2mm.

Je suis plus ou moins satisfait du résultat mais j’ignore si en pratique on utilise ce type de crochet à l’arrière: ne les met-on pas seulement à l’avant des tracteurs?

Comme décrit dans le message précédent, mon refouloir actuel me permet de faire des tuyères cylindriques de 4mm, diamètre apparemment trop faible et entraînant l’éjection de la tuyère. Je viens donc de modifier légèrement ce design initial.

J’ai utilisé la pointe d’un bic en laiton chromé. J’ai commencé par la poncer, ensuite je l’ai percée au diamètre adéquat. Enfin, pour la fixer convenablement dans l’axe de la tige déjà en place, j’ai ajouté une bague d’aluminium (bout de tube coupé).
J’espère ainsi faire des tuyères coniques plus réalistes et, j’ose l’espérer, plus robustes!
Reste à me procurer de la bentonite chez mon vendeur de produits chimiques habituel.

Après plusieurs essais, j’ai finalement réussi à faire tourner le moteur de machine à laver. J’ai testé une à une toutes les combinaisons de fils possibles et les ai classées selon leurs résistances respectives.
J’ai ensuite branché la paire de plus haute résistance sur le 220V: j’obtiens une rotation lente qui convient bien mais le couple est faible et ne suffit pas à faire démarrer mon système. Je passe alors au second couple de fils: cette fois le couple est suffisant et le tambour se met en mouvement. Tout tourne parfaitement!

Il me semble donc avoir trouvé la solution idéale: la rotation est lente et puissante, le tout n’est pas trop bruyant

Concernant la fixation, j’ai d’abord réfléchi à un moyen de fixer le moteur en utilisant ses anneaux de fixation ordinaires. Puis j’ai constaté que simplement le poids de l’engin suffisait à la maintenir immobile sur la planche; J’ai donc simplement vissé un rail pour le que moteur s’appuie sur un support parallèle au tambour. Ce montage a été très facile à réaliser et tout fonctionne à merveille.

J’ai cependant un ennui non négligeable: le moteur chauffe de façon considérable! Après une 1h30 de fonctionnement, il est impossible d’en approcher la main…
Le branchement ne doit donc pas être correct et ce problème est amplifié par la rotation lente qui empêche les aubes de refroidissement de faire leur travail efficacement. Il faut dire que durant son fonctionnement normal dans la machine, le moteur tourne quelques minutes, s’arrête, repart,… Bref il n’a pas trop le temps de chauffer.

En tout cas, je commence à me dire que les moulins de chez United Nuclear à 50 euros sont donnés vu le temps que je perds sur cet engin