Lampe gravitationnelle

Low-tech with Refugees - Low-tech & Réfugiés

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Lampe_gravitationnelle

Dernière modification le 09/02/2025

Difficulty

Medium Medium

Duration

5 hour(s) hour(s)

Cost

40 EUR (€)

Description

La lampe gravitationnelle low-tech transforme l’énergie potentielle d’un poids en lumière, sans électricité ni batterie. En soulevant un poids (pierre, sac de sable, bouteille d’eau) et en le laissant redescendre lentement, un engrenage active un générateur qui alimente une LED. Chaque cycle fournit 5 minutes d’éclairage renouvelable instantanément. Simple, robuste et écologique, elle constitue une alternative durable aux lampes à kérosène.

Summary

Énergie renouvelable, Low-tech, Gravité, Dynamo, Éclairage autonome, Écologie, Économie circulaire, Autonomie énergétique, DIY (Do It Yourself), Réemploi, Simplicité, Durabilité, Résilience, Basse consommation, Innovation frugale, Matériaux recyclés, Technologie appropriée, Autoconstruction, Technologie durable, Système mécanique, Fabrication artisanale, Accessibilité énergétique, Ingéniosité

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Introduction

Dans un monde où l'accès à l’électricité reste limité pour près de 770 millions de personnes, des solutions énergétiques innovantes et accessibles deviennent essentielles. La lampe gravitationnelle low-tech est une alternative ingénieuse aux lampes à piles ou à kérosène, souvent coûteuses et polluantes. Fonctionnant sans électricité ni combustible fossile, elle utilise uniquement la force de gravité pour générer de la lumière, offrant ainsi une solution durable et fiable aux populations isolées. Le persona idéal pour cette lampe est un habitant de zones rurales déconnectées du réseau électrique, comme des familles vivant en Afrique subsaharienne, en Amazonie ou encore dans certaines régions d’Asie du Sud-Est. Ces communautés, souvent dépendantes de l’éclairage au kérosène, peuvent bénéficier d’une solution plus sûre, économique et respectueuse de l’environnement. Mais cette technologie peut aussi intéresser les amateurs de low-tech, de permaculture ou de vie en autonomie cherchant des alternatives énergétiques écologiques.

Materials

🔩 Structure et mécanique :

1. Châssis ou cadre (bois, aluminium ou plastique robuste) – pour soutenir le système.
2. Roues dentées/poulies – pour guider le mouvement du poids.
3. Câble ou corde résistante – pour relier le poids au système d’engrenage.
4. Poids (sacs de sable, métal, bouteilles remplies d'eau) – source d’énergie potentielle.
5. Axe de rotation (tige métallique ou plastique robuste) – pour supporter le générateur et les engrenages.

⚙ Système d’engrenage et transmission :

1. Engrenages de réduction – pour transformer la descente du poids en rotation lente mais puissante.
2. Roue à friction ou pignon – pour améliorer la transmission du mouvement.

⚡ Génération et stockage d’énergie :

1. Dynamo ou petit générateur – convertit l’énergie mécanique en électricité.
2. Diode Schottky – empêche le retour du courant dans le générateur.
3. Supercondensateur ou petite batterie (optionnel) – pour stocker l’énergie générée et stabiliser la lumière.

💡 Système d’éclairage :

1. LED haute efficacité (ex. LED 1W ou 3W) – faible consommation d’énergie.
2. Résistance adaptée à la LED – pour éviter les surtensions.
3. Interrupteur (optionnel) – pour allumer et éteindre la lampe.

🛠 Outils nécessaires :

• Tournevis, clés Allen, pinces.
• Fer à souder et étain (si soudage nécessaire).
• Multimètre (pour tester le circuit).
• Imprimante 3D (optionnel, pour fabriquer certaines pièces).

Tools

🛠 Outils nécessaires pour fabriquer une lampe gravitationnelle :

🔩 Outils pour la structure et la mécanique :

1. Scie à métaux ou scie sauteuse – pour découper le châssis (bois, plastique ou métal).
2. Perceuse et mèches adaptées – pour percer les trous pour l’axe et fixer les engrenages.
3. Tournevis (plat et cruciforme) – pour assembler les différentes parties.
4. Clés (Allen, plates ou à cliquet) – pour serrer les boulons et les vis.
5. Pince multiprise et pince coupante – pour manipuler les câbles et composants.
6. Lime ou papier de verre – pour ajuster et lisser les pièces.

⚙ Outils pour l’engrenage et la transmission :

1. Pistolet à colle chaude ou colle forte – pour fixer certaines parties.
2. Étau – pour maintenir les pièces en place lors du travail.
3. Imprimante 3D (optionnel) – pour fabriquer des engrenages ou supports sur mesure.

⚡ Outils pour l’électricité et l’éclairage :

1. Fer à souder et étain – pour assembler les composants électriques.
2. Multimètre – pour mesurer la tension, le courant et vérifier les connexions.
3. Pinces à dénuder – pour préparer les fils électriques.
4. Gaine thermorétractable ou ruban isolant – pour protéger les connexions.
5. Petite plaque de prototypage (breadboard) et fils – pour tester le circuit avant le montage final.

📐 Outils de précision et de mesure :

1. Pied à coulisse – pour mesurer précisément les dimensions des pièces.
2. Niveau à bulle – pour vérifier l’alignement du cadre.
3. Règle et équerre – pour tracer des découpes précises.
4. Balance (optionnel) – pour peser le poids utilisé comme source d’énergie.

Step 1 - Conception et mise en plan

Avant de commencer, réaliser un croquis ou une modélisation 3D pour définir l’agencement des pièces et leur taille.

Step 2 - Fabrication de la poulie principale

• Découper ou imprimer la poulie principale selon le design défini.
• Vérifier son bon fonctionnement (elle doit tourner librement sur son axe).

Step 3 - Fixation de l’axe du moteur/générateur sur la poulie principale

• Monter le moteur/générateur sur la structure.
• S’assurer que l’axe du moteur est bien aligné avec la poulie principale pour maximiser l’efficacité du transfert d’énergie.

Step 4 - Préparation des poulies secondaires

• Percer les plaques de fixation des poulies secondaires.
• Monter les roulements sur les plaques pour permettre un mouvement fluide.

Step 5 - Assemblage des poulies secondaires

• Fixer les poulies secondaires sur leurs plaques respectives.
• Vérifier que le chemin de la corde est bien fluide.

Step 6 - Impression 3D des guides pour roulements

Concevoir et imprimer les pièces nécessaires pour maintenir les roulements en place et guider la corde correctement.

Step 7 - Montage final des poulies secondaires

• Assembler les pièces imprimées avec les poulies secondaires.
• Vérifier le bon alignement et la fluidité du système.

Step 8 - Test mécanique n°1

• Soulever un poids et observer le mouvement des poulies.
• Vérifier que la descente est fluide et entraîne bien le moteur.

Step 9 - Recherche et installation de la LED

• Sélectionner une LED basse consommation adaptée au courant généré.
• Connecter la LED au générateur avec un circuit de stabilisation si nécessaire.

Step 10 - Finalisation de la partie électronique

• Vérifier le bon fonctionnement de la LED en testant différentes charges.
• Ajuster le câblage pour optimiser la production d’énergie.

Step 11 - Test final de la lampe

• Charger le système avec un poids.
• Observer la durée et l’intensité de l’éclairage.
• Apporter les ajustements nécessaires (changement de poids, optimisation des poulies, ajustement de la LED).

Notes and references

Lampe gravitationnelle réalisée dans le cadre de l’intersemestre SHES-S8 par Alexandre Perrin et Elisha Hodgson, élèves ingénieurs à l’École Nationale d’Ingénieurs de Brest (ENIB).

📌 Notes et Références

📖 Sources et Inspirations

• Technologie low-tech : Inspirée des principes du Low-Tech Lab, qui explore et documente des innovations accessibles, durables et autonomes. (Low-Tech Lab)
• Éclairage gravitationnel : Basé sur des concepts similaires à la GravityLight, une solution développée pour fournir de la lumière sans électricité aux populations isolées. (GravityLight - Deciwatt)
• Conversion d’énergie mécanique en électricité : Utilisation d’un générateur entraîné par la gravité, une approche couramment appliquée dans les dynamos de vélo et les systèmes de récupération d’énergie mécanique.
• Philosophie open-source et licences : Inspirée du mouvement Open Hardware, favorisant la libre diffusion et l’amélioration collaborative des technologies, avec des licences telles que la CERN Open Hardware License et la CC BY-SA.

📌 Remarques Importantes

1️⃣ Optimisation de l’efficacité énergétique

• Le choix du générateur influence fortement le rendement : tester différentes dynamos et moteurs DC pour maximiser la production électrique.
• Une transmission efficace (via poulies ou engrenages bien calibrés) permet d’exploiter au mieux la descente du poids.

2️⃣ Optimisation de la LED et du circuit électrique

• L’intégration d’un régulateur de tension ou d’un petit condensateur peut stabiliser l’éclairage et améliorer la durée d’utilisation.
• Une LED basse consommation optimisée pour fonctionner avec une faible tension garantit une meilleure autonomie.

3️⃣ Robustesse et fiabilité du mécanisme

• Des roulements de qualité réduisent les pertes par frottement et améliorent la fluidité du système.
• Un freinage progressif peut éviter une descente trop rapide et protéger les composants du générateur.

🔗 Références Complémentaires

• Low-Tech Lab – Plateforme de documentation sur les technologies low-tech.
• GravityLight – Exemple de lampe gravitationnelle existante.
• Open Source Ecology – Communauté développant des solutions open-source adaptées aux besoins autonomes.
• Hackaday – Ressources et projets DIY en open-hardware.
• CERN Open Hardware License – Licence dédiée au matériel libre, garantissant la transparence et l'amélioration collaborative.

📌 Axes d’amélioration

🚀 Optimisation énergétique

• Améliorer l’efficacité du générateur en testant différents moteurs (dynamo de vélo, moteur pas à pas).
• Augmenter la puissance de la LED en optimisant le circuit électronique (ajout d’un régulateur de tension ou d’un petit condensateur).
• Tester des systèmes de démultiplication (engrenages supplémentaires) pour prolonger la durée d’éclairage au-delà de 5 minutes.

🔧 Amélioration mécanique

• Optimiser la descente du poids avec un système de freinage progressif pour un flux d’énergie plus constant.
• Utiliser des matériaux plus légers et résistants pour réduire l’usure et faciliter le transport.
• Expérimenter avec des poids variables (eau, sable) pour adapter l’autonomie selon les besoins.

🔋 Autonomie et stockage de l’énergie

• Ajouter un petit condensateur ou une batterie tampon pour stocker une partie de l’énergie et éviter les interruptions brusques.
• Intégrer une option hybride solaire + gravité pour combiner plusieurs sources d’énergie et assurer un éclairage prolongé.

🌍 Éco-conception et accessibilité

• Utiliser des matériaux encore plus accessibles et recyclables, notamment en matériaux locaux.
• Faciliter la fabrication en kit pour une production locale et une diffusion plus large dans les communautés isolées.
• Simplifier le montage et les instructions pour permettre une reproduction facile sans compétences techniques avancées.

🎯 Applications et usages élargis

• Adapter la lampe pour des usages spécifiques (éclairage de secours, campings, refuges, zones sans électricité).
• Transformer le concept en générateur multifonction pour charger de petits appareils en plus de fournir de la lumière.
• Développer une version communautaire open-source en partageant les plans et en collectant les retours pour des améliorations continues.

🔍 Conclusion

Ce projet de lampe gravitationnelle low-tech s’inscrit dans une démarche durable, accessible et open-source. Avec quelques ajustements, il peut être adapté à différents contextes, que ce soit pour des usages domestiques, éducatifs ou humanitaires.

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