Cet article vous propose de réaliser un instrument capable de percevoir et d’amplifier le son produit par l’écoulement de l’eau dans une conduite située dans un mur ou enterrée, dans le but de localiser la canalisation afin de la réparer, ce qui évite de casser tout le mur ou de creuser toute une tranchée.
Quand,il y a quelques mois, nous avons demandé à une société d’entretien de conduites d’eau d’intervenir dans nos locaux pour vérifier le fonctionnement
de notre installation de chauffage par le sol (ce sont des serpentins de circulation d’eau chauffée courant dans la dalle de plancher), le technicien hydraulicien s’est présenté muni d’une belle petite valise dont il a extrait un appareil étrange comportant une pointe métallique et un circuit amplificateur relié à un casque stéréo.
Après avoir assemblé l’appareil, il s’est mis à ausculter le plancher soupçonné en appuyant la pointe métallique en divers points du carrelage, s’arrêtant çà et là afin de mieux percevoir le son. Une fois l’inspection minutieuse de la pièce terminée, il a localisé la position du serpentin défectueux et a montré l’endroit où il allait falloir casser le revêtement.
Il nous a ensuite expliqué qu’avec ce détecteur de son il est possible de localiser facilement les canalisations situées dans les murs, les cloisons, les planchers ou bien enterrées.
Il suffit d’écouter le bruit de l’eau quand elle s’écoule dans la conduite. Nous avons ainsi été à même d’apprécier l’utilité d’un tel appareil: elle est immense dès lors qu’il s’agit d’intervenir sur une canalisation d’eau (froide, chaude, chargée ou claire) occultée par un ouvrage ou enterrée; la localisation est précise et on n’a à percer qu’une surface minimale pour effectuer une réparation très ponctuelle.
Si vous avez la chance de posséder une petite maison de campagne vous serez encore plus convaincu de l’utilité d’un tel appareil, car on a souvent à localiser après coup le parcours de l’arrivée d’eau potable (par exemple pour ajouter une dérivation), ou bien au contraire l’écoulement des eaux pluviales vers un drain. Tous ces tuyaux (en Plymouth, en PVC ou même en fibrociment) ne peuvent bien sûr pas être détectés avec une “poêle à frire” (détecteur de métaux) et notre “sourcier” électronique est alors indispensable pour retrouver les parcours oubliés. Ce petit appareil vous fera économiser des frais de tractopelliste, toujours élevés car forfaitaires! A la première intervention vous l’aurez amorti très rapidement.
Figure 1: Schéma électrique complet du sourcier électronique EN1678. Vous voyez qu’on applique en entrée le signal provenant d’une capsule piézoélectrique; ce signal est acheminé vers le FET Fr1 qui l’amplifie à faible bruit. A la sortie on peut connecter indifféremment un casque de 8 ou 32 ohms.
Mais ses applications ne se limitent pas à l’hydraulique, car l’appareil peut fonctionner dès que l’on veut rechercher une panne donnant lieu à la perception d’un son ou d’une vibration anormale.
Par exemple en réparation automobile: les garagistes doivent parfois écouter ce qui se passe à l’intérieur du bloc moteur en train de tourner (pour voir il faut ouvrir et pour ouvrir il faut arrêter, or moteur arrêté il se peut qu’on ne voie rien si le défaut est fonctionnel). Autre exemple: il arrive que des installateurs chauffagistes doivent réintervenir sur un chantier terminé car le client se plaint de bruits gênants lors même que le chauffage fonctionne parfaitement.
Notre réalisation
Une fois de plus (voir notre Stéthoscope électronique EN1655 récemment paru ou alors notre fameux sismographe) nous avons mis à contribution le capteur piézoélectrique (voir figure 6), qui nous a plusieurs fois rendu de fiers services, pour percevoir les bruits d’eau circulant dans les canalisations.
L’appareil (voir photo de première page) comporte une pointe métallique, divisible en deux parties afin de n’utiliser que la longueur voulue, d’une capsule contenant le capteur piézoélectrique et du circuit amplificateur du son (l’amplification atteint 30 dB) pilotant un casque stéréo de 32 ohms; le reste est une canne en aluminium de type détecteur de métaux avec poignée ergonomique et pièce d’appui de l’avant-bras en plastique.
Le schéma électrique
Comme le montre le schéma électrique de la figure 1, pour amplifier le faible signal provenant du petit disque piézoélectrique on utilise un FET: FT1 permet d’adapter l’impédance du capteur à l’impédance d’entrée de l’amplificateur opérationnel IC1/A.
Pris sur le drain de FT1, le signal est envoyé sur l’entrée non inverseuse de cet IC1/A, à travers un filtre passe-haut formé de C3-C4 et de R6-R7; ce filtre rejette toutes les fréquences inférieures à 20 Hz. Le signal prélevé sur la broche de sortie de IC1/A est transmis à l’entrée non inverseuse de l’opérationnel IC1/B lequel, avec RiO-Ru et C6-C8, constitue un filtre passe-bas destiné à rejeter cette fois toutes les fréquences supérieures à 400 Hz.
On note que IC1/A et IC1/B sont des amplificateurs à gain unitaire. C’est 1C2, un TDA7O52B, qui amplifie le signal d’environ 30 dB.
Le signal de sortie présent sur les broches 5 et 8 de 1C2 est envoyé au jack femelle dans lequel on insère le jack mâle du casque, dont l’impédance pourra être comprise entre 8 et 32 ohms. C’est le potentiomètre R14 qui permet le réglage du volume d’écoute au casque.
Il est monté sur la broche 4 de 102 et le transistor TRi a pour fonction de limiter le niveau maximum de sortie casque afin de ne pas assourdir l’usager portant le casque sur ses oreilles si accidentellement le disque piézoélectrique subissait un choc. De plus, le poussoir Pi, monté aux extrémités du potentiomètre Ri4, permet de déconnecter l’audio quand on déplace la pointe de l’appareil pour se rendre à un autre point d’écoute: on évite ainsi d’entendre dans le casque des bruits indésirables et n’ayant aucune signification. Le circuit est alimenté par une pile de 9 V, Si est un interrupteur M/A et l’allumage de DL1 signale la position Marche.
La réalisation pratique
Elle ne posera pas de problème particulier et un débutant pourra l’entreprendre sans crainte, Il faut toutefois distinguer la réalisation de la platine ENi678 et l’assemblage des pièces mécaniques, boîtier plastique avec face avant en aluminium anodisé compris, puis l’insertion de la platine dans ce dernier.
La platine EN1678
Quand vous avez réalisé le circuit imprimé double face à trous métallisés dont les figures 5b-i et 2 donnent les dessins à l’échelle i:i, ou que vous vous l’êtes procuré, montez tout d’abord les douze picots à souder et les supports des deux circuits intégrés mais n’insérez pas encore ces derniers. Vérifiez bien ces premières soudures (ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée). Montez maintenant tous les composants (tous face “composants”) comme le montrent les figures 4 et Sa. Montez d’abord les résistances, la diode (bague vers R8) et les condensateurs (attention à la polarité des électrolytiques!). Montez TRi, méplat vers Ri, à 5 mm environ de la surface. Montez de même FTi, méplat vers la droite, toujours à 5 mm environ de la surface du circuit imprimé. Montez enfin la prise jack stéréo pour circuit imprimé et soudez la prise de pile 9 V sans vous tromper de polarité. Maintenant, soudez la torsade allant à la LED (là encore attention à la polarité: fil rouge Anode —patte la plus longue—, fil noir K cathode), soudez deux fils allant à l’interrupteur et deux allant au potentiomètre (n’oubliez pas le “strap” sur ce dernier entre curseur et cosse droite). Linterrupteur et le potentiomètre se monteront sur la face avant en alu. Par contre le socle jack femelle et la LED sortiront par le petit côté antérieur du boîtier plastique.
Préparez enfin, en prévoyant les longueurs voulues (attention, pensez aux coudes et de toute façon ajoutez une marge importante pour la facilité du montage), un morceau de câble blindé
—pour la capsule piézoélectrique— et une paire (ou torsade) de fil gainé ordinaire
—pour le poussoir Pi— et soudez-les aux picots correspondant (respectivement à droite et à gauche de la platine). Ne soudez encore ni le poussoir Pi ni le capteur piézoélectrique aux extrémités libres de la paire ou torsade et du câble blindé. Vous ne pourriez pas les passer à travers le trou du fond du boîtier
L’installation dans le boîtier
La platine ENi678 que vous venez de réaliser doit être ensuite montée dans le boîtier plastique spécifique dont la face avant est en aluminium anodisé, comme le montre la figure 4. Avant de fixer la platine proprement dite au fond du boîtier, montez mécaniquement ce boîtier (après avoir ôté les quatre vis maintenant la face avant en alu en place, déposez-la aussi) sur la poignée à l’aide des entretoises métalliques.
La poignée est constituée de deux demi coques (qu’on doit ensuite assembler avec deux boulons): ne fixez qu’une des deux au boîtier à l’aide des deux vis et des deux entretoises; faites descendre à travers le trou du fond du boîtier la paire de fils de Pi et le câble blindé allant au capteur (voir figures 6 et 7), d’ailleurs vous pouvez continuer à passer ce câble blindé à travers la canne pour l’acheminer jusqu’au boîtier de pointe (voir figures 8 et 9); fixez
le poussoir Pi dans le trou prévu dans la poignée au moyen de son écrou plat et des rondelles et soudez la paire ou torsade sur ses cosses (pas de polarité à respecter). Replacez la demi coque supérieure de la poignée et solidarisez vous, les trous taraudés des entretoises (côté fond du boîtier) reçoivent quatre vis qui, en même temps, fixent les entretoises au boîtier et le boîtier aux deux demi coques de la poignée ergonomique.
les deux avec les boulons puis fixez cette seconde demi coque aux entretoises du boîtier plastique au moyen des deux vis restantes.
Vous l’avez compris en regardant les figures et votre matériel placé devant Vous avez déjà, donc, fixé cette poignée au boîtier et enfilé la paire de fils du poussoir et le câble blindé du capteur à travers le fond et la poignée: il ne vous reste qu’à fixer la platine en enfilant ses quatre trous sur la partie mâle des entretoises et à serrer les quatre écrous. Ensuite vous pouvez mettre en place les deux circuits intégrés mais attention, faites-le dans le bon sens, repères-détrompeurs en U vers RiO pour ICi et vers 02 pour 102.
La face avant en alu est percée de deux trous: un pour la fixation (écrous larges et rondelles) de l’interrupteur M/A et un pour le potentiomètre (écrous larges et rondelles) à doter de son bouton de commande.
Vous pouvez monter ces deux composants sur la face avant, mais ne refermez pas encore le couvercle. Le petit côté plastique antérieur est percé de deux trous aussi: l’un pour le passage du socle jack stéréo femelle (directement monté sur le circuit imprimé) et un autre pour l’affleurement de la LED montée à l’extrémité d’une torsade R/N.
Note: La canne en aluminium n’a pas été percée au niveau de l’insertion de la poignée ergonomique (voir figures 8 et 9) pour le passage du câble blindé allant à la tête de pointe et au capteur piézoélectrique, non par négligence ou avarice de soins mais au contraire pour vous permettre de régler ce point d’insertion de la poignée sur la canne (et par conséquent le point de passage du câble blindé provenant du boîtier plastique protégeant la platine) en fonction de votre taille.
Vous devrez donc la percer vous-mêmes et ne pas oublier de bien adoucir, en biais, ce trou avec une lime et du papier de verre, afin de ne pas risquer d’endommager le câble blindé. Profitons-en pour préciser que nous avons prévu une rallonge de pointe de 15 cm environ pour respecter l’ergonomie des personnes les plus grandes; l’appareil sans rallonge convenant pour une personne de taille moyenne. Si vous devez utiliser cette rallonge, n’oubliez pas de prévoir une longueur de câble blindé sup pi é me nta ire.
L’assemblage de la pointe et de la canne
Soudure du capteur piézoélectrique à l’extrémité du câble blindé
Commencez par vous occuper de la réalisation de “tête” de pointe contenant le capteur piézoélectrique proprement dit (voir figure 6): après avoir bien vérifié que l’extrémité libre du câble blindé est bien passée à travers tous les éléments (fond du boîtier, poignée, canne, collerette de la “tête”, voir figures 7 et 6) et fait un noeud anti arrachement (voir figure 6) à 3-4 cm de l’extrémité, soudez le disque piézoé le ctr i que.
Si vous regardez bien ce composant, vous voyez qu’une de ses deux faces, métallique, est claire alors que l’autre a reçu le matériau piézoélectrique sensible (cette dernière face comporte donc une couronne de laiton, comme on le voit figure 6): c’est sur cette face que vous allez souder le câble blindé. Dénudez sur quelques mm le câble central et dégagez proprement 1 cm environ de la tresse; étamez les extrémités de l’un et de l’autre; soudez le point chaud (âme ou câble central) le plus possible au centre du disque piézoélectrique et la tresse sur la couronne en laiton, comme le montre le dessin de la figure 6.
Faites très attention à ces deux soudures, ne mettez pas trop de tinol et ne surchauffez pas la plaque de céramique en insistant trop. Attention encore, ce capteur piézoélectrique est fragile et vous devez donc éviter de tirer sur les fils que vous venez de souder.
Note: Attention, côté platine, la tresse du câble blindé du capteur piézoélectrique ne doit pas être intervertie avec le “point chaud”.
Montage du capteur piézoélectrique dans la tête de pointe
Vous devez maintenant insérer le disque soudé au câble blindé dans le logement prévu à cet effet de la “tête” de pointe et le presser afin qu’il adhère à la surface du fond, ceci est très important et il y va du fonctionnement optimal de l’appareil qui, rappelons-le, capte des sons très faibles. Deux morceaux d’éponge d’environ 1 cm vont permettre, une fois les deux parties de la “tête” solidarisées par les deux vis, cette bonne adhérence. Voir figure 6.
Montage de la tête de pointe au bout de la canne
Introduisez la collerette de la “tête” au bout de la canne en faisant coïncider les deux trous de cette dernière avec les deux trous les plus extrêmes de la canne, comme le montre la figure 7. Un boulon traversant vous permet de fixer la “tête” sur la canne, mais en l’enfilant faites très attention de ne pas butter sur le câble blindé qui passe à l’intérieur et de ne pas l’endommager.
Quant à la pointe métallique vissante (voir figures 6 et 7), ne la montez que lorsque vous vous apprêtez à vous servir de l’appareil; aussitôt après, soit lors du stockage, dévissez-la et rangez-la hors de portée des enfants qui pourraient se blesser avec.
Inspection finale et alimentation
Vous refermerez le couvercle du boîtier plastique contenant la platine au moyen de quatre vis, mais auparavant vérifiez les interconnexions de la platine avec la face avant d’une part et, d’autre part, avec Pi et le capteur piézoélectrique et placez une pile de 9 V dans son logement après l’avoir clipsée à la prise.
Note: Le repose bras ergonomique s’enfile simplement à l’extrémité de la canne en aluminium qui reçoit en outre, nous l’avons vu, la “tête” et la poignée surmontée du boîtier plastique protégeant le circuit.
Précaution préalable
Au risque de nous répéter: la pointe métallique vissante de l’appareil peut être très dangereuse, alors nous ne saurions trop vous recommander de la maintenir toujours hors de portée des enfants, car ils auront tendance à vouloir l’utiliser comme jeu (en effet, à leurs yeux, cette pointe fait penser à une arme: lance, flèche, poignard ...) or ce jeu pourrait avoir, en votre absence, des conséquences tragiques! Aussi ne montez la pointe à l’extrémité de la “tête” de l’appareil que juste avant de vous en servir et, aussitôt après l’usage, dévissez-la et rangez-la soigneusement: le mieux serait de posséder une petite valise (en plastique ou en métal) dans laquelle vous pourriez ranger toutes les pièces de l’appareil pour le ranger bien à l’abri.
Utilisation
L’utilisation de cet appareil réclame de notre part quelques informations complémentaires. Avant tout nous vous conseillons de vous familiariser avec la perception du bruit que produisent les canalisations enterrées ou dissimulées dans les murs, les cloisons, sous le carrelage; pour ce faire, nous vous suggérons ci-dessous quelques “exercices”, nécessitant la collaboration d’une personne de votre entourage (elle devra ouvrir/fermer les robinets). Assurez-vous tout d’abord que le potentiomètre de volume de l’écoute casque (l’unique bouton de face avant) est réglé au minimum puis allumez l’appareil avec l’interrupteur M/A: la LED s’allume si vous n’avez pas oublié de placer une pile de 9 V.
Mettez le casque à écouteurs sur vos oreilles et, après avoir vissé la pointe sur la “tête” (de l’appareil !!) et appuyé l’extrémité pointue sur un mur ou sur un plancher, là où vous soupçonnez le passage d’une conduite d’eau, branchez le jack stéréo.
Note: Quand nous disons “appuyez l’extrémité pointue” et “réglez le potentiomètre de volume au minimum”, cela est à prendre au pied de la lettre! En effet, si vous faites frotter la pointe à la surface du mur ou du carrelage et si le potentiomètre a été branché à l’envers (maximum au lieu de minimum) vous risquez d’endommager votre tympan ou en tout cas de ressentir une douleur auriculaire.
Demandez à une personne de votre entourage d’ouvrir un robinet et montez le volume d’écoute jusqu’à ce que vous entendiez distinctement le bruit que produit l’écoulement de l’eau dans la canalisation. Tout en maintenant la pointe de l’appareil immobile, demandez que l’on ouvre et ferme alternativement le robinet et ce plusieurs fois de suite: vous pourrez ainsi apprendre la différence de son dans les deux cas (eau qui circule et absence de courant), l’appareil a été conçu pour cela. Après avoir longuement répété cette expérience, éloignez la pointe du point où vous localisiez une conduite d’eau:
vous vous entraînerez ainsi à percevoir le changement de son en fonction de la position du tube. Laissez le volume dans la même position que précédemment, à défaut de quoi votre comparaison n’aurait pas de réelle signification. Attention, pour déplacer la pointe sans entendre un bruit assourdissant dans le casque, pressez —avant tout mouvement— le poussoir Pi situé sur la poignée, comme la gâchette d’un pistolet ou d’un fusil. Ce poussoir, monté en parallèle avec les extrémités du potentiomètre de volume (voir figure 1) annule le son dans le casque afin de vous permettre, justement, de déplacer la pointe sans risque; aussi ne relâchez ce poussoir PI qu’après avoir à nouveau immobilisé la pointe sur un point de test. Encore une fois, laissez le potentiomètre de volume dans la même position afin de faire une comparaison valable. Petit à petit vous allez savoir reconnaître l’éloignement et le rapprochement (la distance) de la pointe posée par rapport à la conduite recherchée; en cas d’avarie du réseau d’eau, vous pourrez trouver le parcours du tuyau et même, avec un peu de pratique, l’endroit où la fuite produit une turbulence et une modification du bruit de l’écoulement.
Ajoutons enfin que le choix du casque n’est pas indifférent pour ce type d’appareil et pour les détections qu’il permet d’opérer. Nous en avons beaucoup essayé avant d’affirmer ce qui précède etce qui suit; il est nécessaire de choisir un casque qui satisfasse le petit cahier des charges suivant:
- bonne réponse dans les fréquences basses de la bande passante qui, rappelons-le, va de 20 Hz à 400 Hz
- oreillettes de type enveloppant.
Le modèle que nos annonceurs tiennent à votre disposition avec le reste du matériel présente ces deux caractéristiques. Mais si vous en possédez déjà un vous pouvez l’essayer et vérifier qu’il donne toute satisfaction pour l’écoute des sons que produit la capsule piézoélectrique.
Exécutez les vérifications sur des tuyaux dont vous connaissez le parcours (par exemple non loin d’un regard ou du compteur d’arrivée, ou alors dans un mur, près de l’endroit où sont placées les “clarinettes”) et acquérez de l’expérience dans l’écoute des liquides! A moins que vous n’envisagiez une autre utilisation, comme celles que suggérait notre introduction: écoute des moteurs ou des vibrations indésirables.
Note: la longueur de la canne ayant été conçue pour l’ergonomie d’une personne de taille moyenne, nous avons prévu une rallonge d’environ 15 cm pour que les personnes plus grandes puissent travailler sans peine (mal de dos!). Cette rallonge est constituée d’une autre pointe métallique qui se visse sur la première (en série en quelque sorte); elle est disponible séparément. Si vous avez la stature d’un Masaï (peuple africain le plus grand en taille au monde), commandez-la auprès de nos annonceurs.
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