Projet K2 - Suite -

Rubrique : Techno
Auteur : JLC
Niveau : Tous

Petit rappel : Le projet K2 est un développement d’un spot nano-récifal réalisé à partir de LED Luxeon K2, LED qui ‘sur le papier’ répondent aux critères nécessaires à la réalisation de nos éclairages récifaux. Il ne s’agit pas d’un complément bleu ou crépusculaire mais d’une rampe assurant la totalité de l’éclairage. Ce démonstrateur permettra de vérifier ‘in-situ’ l’utilisation possible de cette technologie. Actuellement, du fait de nos activités professionnelles, nous sommes principalement deux à travailler au développement : Stéphane (alias Coyote sur le forum francenanorecif) et Jean-louis (alias JLC sur le forum francenanorecif) mais le projet est ouvert et chacun peut participer.

Le point sur les étapes franchies : Un module maquette comportant 6 LED K2 sur substrat aluminium a été réalisé par Stéphane. Ce module intègre la régulation de courant définie dans le numéro de septembre de nanoZine. Les résultats sont positifs et Stéphane est passé à l’étape suivante : Définition du dissipateur, intégration mécanique, re-design du circuit imprimé pour accepter une source 24V par groupe de 6 LED et s’attèle actuellement au logiciel de la carte contrôleur (module assurant les diverses transitions lumineuses, la supervision du fonctionnement, réglage de l’heure par radio-pilotage, etc.). Pour ma part je m’occupe du module alimentation, je présente dans cet article la solution ‘PC’, et réalise la partie matérielle de la carte contrôleur. Si tout va bien le (ou les) premier(s) prototype(s) sera(ont) disponible(s) pour Noël.

L’alimentation du spot
Les caractéristiques de l’alimentation ont été listées dans le numéro précédent. La puissance nécessaire pour un spot 24 LED est de 100 W (120 W pour ne pas être ‘au taquet’). Ce n’est pas une petite puissance aussi la partie alimentation représente un poste à ne pas négliger.

Après divers échanges nous avons conclu que le spot pourra être alimenté par deux sources :

• Une source continue obtenue à partir d’une alimentation standard à la norme Intel 1.3 ATX-PFC PC
• Une source alternative obtenue par un simple transformateur 220 / 24 V environ (l’alimentation n’ayant pas besoin d’être régulée).

La source alternative sera détaillée lors de la publication du module contrôleur (la partie redressement – filtrage étant implantée sur cette carte).

Modification d’une alimentation ATX – PC pour le spot LED K2
L’alimentation PC n’est, hélas, pas directement utilisable. En effet, pour réduire les pertes dans notre spot, trois LED sont mises en série. Avec la chute de ‘sense’ de la régulation nous avons vu qu’il est optimal d’avoir une source 13 Volts 1A pour chaque groupe de trois LED. La modification consiste simplement à régler la sortie 12V à 13V, les autres caractéristiques de l’alimentation PC étant largement supérieures à notre besoin.

Pourquoi une alimentation PC ?
Ce modèle d’alimentation est extrêmement utilisé et, de ce fait, très peu chère au vu de ses performances intrinsèques.

Le 5Vsb disponible permettra d’alimenter le module de contrôle indépendamment du 13V et du ventilateur du bloc alimentation.

Les autres sorties, et plus particulièrement le 5V, sont disponibles pour d’autres équipements. En effet le 5V (qui va passer à 6V environ après la manip) pourra alimenter les ventilateurs de refroidissement du spot (et oui, il va falloir ventiler le spot... Ca chauffe des LED ultra-puissantes...) mais cela sera fait, avec cette tension 6V, dans un appréciable silence… en utilisant des ventilateurs 12V ou en asservissant les ventilateurs de façon à ne pas faire plus de bruit que nécessaire.

Autre avantage : Une alimentation à découpage type PC a un excellent rendement (entre 80 et 90%) ce qui limite les pertes suplémentaires.

Exemple de forum de discussion à propos des alimentations PC est disponible ICI

Choix de l’alimentation.
Le plus simple est d'utiliser une marque connue pour que chacun puisse disposer du même modèle, le générique (no-name) risquant de ne pas présenter exactement les mêmes caractéristiques. J'ai choisi le modèle AIKUO PH-430(G). Ce n’est pas le moins cher mais pour 25 euro il est particulièrement silencieux. D’autres modèles de la marque ou de concurrents utilisent exactement les mêmes schémas électroniques et sont donc ‘compatibles’ avec la modification proposée. Pour info la documentation AIKUO est ICI

L’alimentation AIKUO dans la série des 430 Watts

Sur l’étiquette d’identification, les caractéristiques et le brochage standard :

• Fil ORANGE = 3.3 Volts 28 Ampères
• Fil ROUGE = 5 Volts 31 Ampères
• Fil JAUNE = 12 Volts 14 Ampères
• Fil VIOLET = 5 Volts 2 Ampères (permanent)
• Fil BLEU = -12 Volts 0.8 Ampères
• Fil BLANC = -5 Volts 0.5 Ampères
• Fil GRIS = POWER GOOD (les tensions sont OK)
• Fil NOIR = REFERENCE DES TENSIONS
• Fil VERT = COMMANDE ON si relié à la REFERENCE DES TENSIONS

Relier le fil VERT à un fil NOIR permet de démarrer l’alimentation. Attention cependant certains modèles ne peuvent pas réguler si leur sortie 5V n’est pas suffisament chargée et il faut mettre une résistance de quelques dizaines d’Ohms pour démarrer correctement (10 Ohms 2 Watts par exemple). L’AIKUO démarre, elle sans, sans problème, bien que la régulation 5V ne soit pas parfaite.

Etiquette d’identification

La manip :
Ouvrir l’alimentation fait perdre la garantie… A vous de voir, mais pour 25 euro… Il suffit de découvrir le sceau Aikuo et de dévisser les quatre vis pour accéder aux circuits imprimés.

Quatre vis à ôter...

L’alimentation ouverte il suffit de repérer le circuit assurant le découpage. Vérifier qu'il s’agit du circuit, largement utilisé, SYSTEM GENERAL SG6105. La datasheet de ce composant, incluant la note d’application (dont l’Aikuo s’inspire disons… beaucoup) est disponible ICI. La modification proposée est validée avec ce composant. Si vous avez un doute écrivez-moi.

Identification du circuit de régulation SG6105

La régulation de tension est faite en comparant les broches IN à une valeur de référence (le SG6105 dispose d’une source de référence interne). Agir sur le niveau de la broche 17 (IN) permet d’ajuster les sorties 5 Volts et 12 Volts simultanément (mais sans perturber le 5 VSB). Si vous vous rapporter page 9 de la datasheet (note d’application 2) le réglage est obtenu en usine en ajustant le potentiomètre VR3 (pour pallier la dispersion des composants). Sur le circuit imprimé de l’Aikuo ce potentiomètre est repéré VR1 (pour nous troubler peut être :-).

Le potentiomètre d’ajustage VR1, CF également le fil vert RM (remote) et gris PG (Power Good)

Attention de fortes tensions sont maintenant accessibles dans l’alimentation soyez très prudent lors de la manipulation suivante. Si vous n’êtes pas sûr de vous, laissez tomber, je le ferai pour vous :-)

Placer vous confortablement, vérifier que tout est en place sans risque de court-circuits. Brancher l’alimentation au secteur 220V et relier le fil vert à un fil noir. Le ventilateur se met en rotation. Appréciez le silence… Prendre un contrôleur universel et placez-le sur un calibre de mesure Volts DC [20VCC]. Faites la mesure du 12V entre un fil noir et un fil jaune sur un connecteur IDE. Tournez le potentiomètre VR1 jusqu'à obtenir une tension de 13 Volts. Attention si vous dépassez le seuil de détection de sur-tension (14 Volts environ) l'alimentation va s'auto-protéger et se couper. Le passage à une tension supérieure à 14V demande la modification de la surveillance d'over-voltage [action sur les broches 3 et 7].

Couper et débrancher. Revisser l’alimentation, c’est fini. La suite au prochain épisode !

Il faudra peut être retoucher le réglage une fois l'alimentation en charge avec le spot, mais c'est une opération que maintenant vous maîtrisez.

Encore une chose : L'alimentation n'est plus utilisable sur un PC sous risque de casse ! Il faut revenir au réglage initial si vous souhaitez la ré-utiliser sur un PC : Re réglage du petentiomètre en ajustant le 12V ET le 5V.

Le connecteur ATX ici le fil VERT à relier au fil NOIR pour démarrer

Le connecteur d'alimentation IDE, le fil JAUNE est le +12V

La suppression des sédiments biogènes et authigènes de nos bac.

L’élimination des sédiments est comme nous le savons tous l’enjeu majeur de la réussite d’un aquarium récifal. Les raisons de l’élimination de ses sédiments à été décrite dans mon précèdent article intitulé « La sédimentation marine utile ou dangereuse ? » dans le nanozine d’avril.
Quelque sois le volume et la qualité des pierres vivantes ; les sédiments, si ils ne sont pas éliminés rapidement, conduisent à un déséquilibre des éléments présent comme celui de l’azote et du phosphore par la simple accumulation des sédiments.
Comme nous le savons tous plus ou moins bien, différentes méthodes d’élimination de ses sédiments sont mises à notre disposition ; pour n’en citer que quelques uns, il y a l’écumeur ; la décantation ; le perlon etc.
Grâce à ce matériel mis à notre disposition, nous avons la possibilité de gérer la masse sédimentaire. Et pourtant, malgré la quantité ses matériels plus ou moins performants ; nombre de problèmes peuvent persister. Des aquariums équipés en Berlinois avec des instalations ressemblant à d’étranges usines a gaz n’arrivent pas à optimiser la couleur et la santé de leur écosystème. Des explosions de cyanobactéries ou leur apparition furtive ajoutée à d’autres problèmes font que l’aquariophile se décourage en voyant la somme injectée dans l’affaire alors que le résultat n’y est pas. Alors que d’autres personnes comme nombre de nano-recifalistes ;-) utilisent la méthode Jaubert, Adey, ou Berlinoise classique avec un matériel plus simple et obtiennent des résultats épatants.
Cela veux dire que outre le fait d’avoir un matériel sophistiqué, il vaut mieux gérer simplement mais efficacement ses sédiments et d’apporter a son bac un matériel qui lui sois le plus adapté.

• La méthode Berlinoise:
  La méthode la plus simple et la plus couramment utilisée est la méthode Berlinoise.
  Sous se système, l’élimination des sédiments est grandement facilitée grâce à l’écumeur, et à ne décantation ; mais à cela peux s’ajouter un barre bottom ; un filtre algal, un refugium ou encore un filtre zéolithes.
  
  Prenons pour commencer le cas d’un bac avec un barre bottom.
  Celui-ci va nous permettre d’éliminer tous les sédiments présents dan le bac et va les dirigés vers la décantation qui grâce à son système de chicanes nous permettra de faire sédimenter nos sédiments dans une zone facilement siphonable.
  Le barre bottom est un système qui surélève les pierres vivantes du fond de l’aquarium grâce à une grille optique ou tout autre grillage plastique et ou le sol est nu. Ceci va créer un flux d’eau plus rapide dans le fond et permettre de chasser les sédiments et de les envoyer en pleine eau ou ils serons menés vers la décantation.
  
  
  La mise en place d’une pompe à large flux sous le décor augmentera la dé sédimentation du fond du bac.
  Pour augmenter la dé sédimentations des pierres vivantes, et donc leur élimination du bac en complément du barre bottom, il est conseiller d’aérer le plus possible le décor pour que les points de contacts entre les pierres sois les moins grand possibles et d’avoir un brassage uniforme (j’entend par la un mouvement hydrodynamique de toute la masse d’eau) pour qu’un flux d’eau se crée au sein des pierres vivantes.
  Ce flux d’eau aura donc une double utilité: 1) en éliminant les sédiments des pierres 2) en oxygénant celles-ci sous toutes les faces ; favorisant ainsi l’action des bactéries aérobies s’y trouvant et le développement d’éponges qui vont filtrer l’eau.
  
  De cette manière les sédiments ne s’accumulent plus dans le bac.
  
  Si vous désirer obtenir un sol sableux dans le fond du bac et donc de ne pas disposer du barre bottom pur; une solution s’offre a vous.
  En effet bien souvent nombre de personnes ayant un bac Berlinois et un fond de sable voient arriver au bout d’un temps des cyanobactéries et se posent la question de savoir d’où elles viennent alors que tous leurs paramètres physicochimiques sont parfait ; leur brassage est bon et leur sable à la base était exempt de phosphates.
  La réponse est simple lors de la mise en route du bac, la pose d’une couche de sable trop fine en épaisseur ou de trop grosse granulométrie, va mener dans le premier cas à un appauvrissement en microfaune et un engorgement en sédiments et dans le deuxième cas à un engorgement important en sédiments par l’impossibilité de les éliminés et par un sable qui n’est pas adapté pour le rôle que dois jouer la microfaune.
  
  
  Si le sable est introduit après la maturation des pierres lorsque la quantité de sédiments diminue, beaucoup de microfaune aura aussi été perdue ; et si le sable n’et pas de bonne granulométrie, il va aussi après un certain temps se gorger de sédiments.
  Lorsque le sable est gorgé de sédiments non biodégradés par les bactéries et la microfaune, les cyanobactéries s’installent à la surface du substrat et font des tapis en prenant d’abord les sédiments disponibles à la surface ; lorsque les tapis sont formés, la zone entre le substrat et la couche bactérienne s’acidifie et réduit les sédiments en matières facilement assimilables par les bactéries d’où leur facilité d’expansion.
  Voila pourquoi des cyanobactéries peuvent proliférées sur le sable alors que l’eau à des paramètres satisfaisants dans un premier temps. Par la suite la dégradation des sédiments par les cyano vas être plus importante que ses besoins locaux et vont êtres mis en solution dans l’eau les différents composés aussi bien phosphatés que azotés ou autre.
  De par le pouvoir acide que produit les cyano mieux vaut préférer un sable d’aragonite naturel ou sable vivant le plus fin possible comme sa de un il ne contient pas normalement de phosphates et lors de sa dégradation va libérer des cations qui vont rendre moins acide la couche sous le tapis de cyano.
  
  Maintenant que sont les conditions que doivent remplirent votre sol.
  1* il doit avoir une hauteur de +/- 10 cm (réduit a 7-8 pour les nanorecifs)
  2* le sable doit être le plus fin possible ; exempt de phosphates ; et si possible vivant (lorsque vous en avez la possibilité ;) ).
  3*introduisez dans votre sable fin un pourcentage de +/- 13 à 15% de sable de granulométrie 2-3 mm pour donner une structure au sol qui sera favorable aux organismes.
  4* il doit être enrichis en bactéries, micro-organismes, détritivores fouisseurs et non fouisseurs.
  5* vous pouvez si le volume le permet y introduire en symbiose la crevette alpheus et son colocataire le blenie.
  6* créer un brassage léger à la surface de votre sol ; cela permettra de meilleurs échanges gazeux dans le sol.
  7* si votre sable n’est pas vivant demandez à récupérer un peux de sable chez quelqu’un qui a un bac déjà bien équilibré ou à votre revendeur si possible.
  photo de foraminifère appartenant a un membre de france nanorecif
  compose entre 15-25% du sédiment en milieu naturel à l'état mort; se nouris de microalgues, bactéries et sédiments.
  Le plus important à mon sens est de surélever le décor du sable comme avec la structure utilisée pour le barre bottom. Les effets seront moins importants au niveau de la remise en pleine eau des sédiments mais une partie sera quand même exportée vers la décantation .
  
  L’effet de se DSB, sera une transformation par biodégradation des sédiments biogènes et une conservation par un enfouissement des sédiments terrigènes dans le sable ce qui va l’enrichir au niveau structure. Les sédiments biogènes biodégradés par les microorganismes du sol vont soit êtres consommés par les habitants du bac et l’excès quand à lui sera éliminé lors de changements d’eau et par l’écumage.
  

Nous venons d’aborder le cas du bac Berlinois en barre bottom et du bac Berlinois en DSB.
Maintenant voyons sans rentrer dans les détails l’utilité de la décantation.
Elle va nous servir à rassembler par décantation les sédiments (d’où son nom) grâce aux chicanes qui la compose et qui ralentissent le flux de l’eau ; va nous permettre de caser le matériel à cacher (écumeur, réacteurs, osmolateur, résines diverses et variées et zéolithes dans certains cas !!pour lesquels il faut se renseigner avant de les utilisées !!!!) ; et nous permettre de lui raccorder ou inclure un refuge dont on parlera dans un prochain article.

Maintenant au niveau technique la décantation peut être interne ou externe au bac. Dans le cas de pico et nano récif préférer un décantation interne qui comme il à été monter dans un article du mois de septembre nous permet de dissimuler nombre de pompes, chauffage, et si il n’est pas trop encombrant un écumeur interne ou pas d’écumeur du tout.
Le volume d’eau qui doit passer par la décantation doit se situer dans une fourchette de 6 à 8x le volume du bac par heure. Lorsque l’on crée sa décantation il faut veiller a faire des chicanes bien proportionnées pour ne pas créé un courent d’eau trop fort qui empêche les sédiment de sédimenter. Ceci est valable pour les décantations internes et externes.

Dans votre décantation, si écumeur il y a, préférer les écumeurs de type Tunze mais pensez à les sur dimensionnés si vous n’avez pas de DSB. Pourquoi des Tunze et sur dimensionnés me direz vous ?? Les raisons sont bien simples (je n’ai aucune action chez Tunze ;) ) , Ses écumeurs sont des écumeurs à diffusions c à d qu’ils ne vont prendre dans l’eau que les molécules organiques d’une certaine taille et d’une certaine masse et vont laisser le plancton animal et végétal dans l’eau ce qui est intéressant pour nous car ils vont laisser une manne nutritive intéressante pour les coraux et filtreurs d’où l’écume couleur thé clair que l’on rencontre dans ce type d’écume. Il faut les surdimensionnés car les données constructeurs comme pour toutes marques sont inférieures au résultat donné.


Autre options réalisables sur votre décantation est le raccordement d’un filtre rapide à perlon changé régulièrement tous les 2 a 4 jours ou d’un filtre a diatomées plus contraignent mais remarquable d’efficacité. L’introduction d’algues supérieures sur un substrat neutre comme de l’aquaroche peux avoir une influence sur les sédiments biogènes mais cela sera développé plus en détail dans un futur article sur le refuge.


Dans le cas d’un bac en barre bottom, les sédiments terrigènes et biogènes seront entièrement éliminés par écumage et siphonage dans la décantation ; des changements d’eau moins importants mais plus réguliers vous permettrons de réduire la charge organique totale en suspension dans l’eau qui n’a pas sédimentée d’une bonne proportion et vous permettra par le même occasion de faire un apport en éléments traces qui auront été consommés par les organismes.

Si vous n’arrivez pas à obtenir une valeur quasi indétectable de phosphates dans votre aquarium Berlinois avec cette méthode, des résines anti-phosphates à base d’oxyde d’aluminium peuvent fixer ces constituants mais dite le vous bien cela ne résous pas le problème de l’apparition des phosphates ; si ils sont la il faut en trouver la cause !!! Cette cause peux provenir d’un manque d’entretient, d’un sable riche en phosphates à la base ou de vos pierres vivantes ou encore d’un nourrissage trop abondant.
La cause d’un manque de microfaune peut aussi être évoquée.

Pour conclure, la méthode Berlinoise adaptée et optimisée peut vous apporter de façon facile avec l’aide de petits trucs des résultas plus qu’intéressants sans grands moyens.
Vous aurez pu remarquer que rien de bien innovant n’a été dit mais que l’association de différentes techniques visant à éliminer les phosphates par le biais des sédiments est une solution à nombre de vos problèmes problèmes.
J’ai oublié de le signaler mais la gestion des sédiments passe aussi par un brassage bien conçus pour cela je vous conseille de lire des articles sur le net ou dans des revues spécialisées en presse papier ou des personnes on fait part de leur expérience. Reconstituez au mieux les conditions naturelles vous permettra d’optimiser vos chances de réussite.

NB : attention aussi de ne pas sur doser vos ajouts de substances tel que l’iode, calcium etc. car elles peuvent être la source de sédiments par précipitation par exemple du calcium avec du phosphore, et pensez a bien brasser pour obtenir un équilibre d’oxydoréduction constant cela réduit les risques de colmatage du substrat.

édiTo : Août - septembre 2006

nanoZine numéro 6

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nanoZine compte désormais plus de 10.000 pages lues à son compteur, merci à tous, c'est le succès pour notre modeste 'Zine. Il ya, bien sûr, l'hexagone et sa zone d'intense activité située en Normandie, berceau du nano frenchy :-). De nombreux lecteurs viennent aussi de Belgique, du Canada, de Suisse, des DOM-TOM, des quatres coins de notre petite planète bleue. Nous sommes fiers de faire partie de cette communauté réunie autour d'un concept simple : Vivre sa passion de l'aquariophilie récifale avec une économie de moyens et un minimum d'impacts sur le milieu naturel. Small is beautiful.

JLC (Jean-louis Cuquemelle alias microrecif)

Au sommaire du numéro de septembre :

• Quand la technique laisse place à la vie... (27-L)
• Perçage du bac : Facile et pas cher (Vonvon)
• Bouturage des coraux : L'enfance de l'art 2ème partie (Acropore)
• Les LED, un nouvel éclairage pour nos nano ? (JLC)
• Coraux et photosynthèse vus sous un autre jour (SingingLarvae)
• Spot HQI grand angle DIY (Vonvon)
• Five esasy pieces (JLC)
• Modification d'un thermostat domotique (JLC)
• Matériel nano : Ca bouge dans le bocal (JLC)