Dernière modification le 11/02/2025
Difficulté
Moyen
Durée
3 heure(s)
Coût
10 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. Nous obtenons environ 7 minutes de lumière avec un poids monté à 2m du sol, et à chaque fois que l'on double le poids et le nombre de poulies, on double l'autonomie. Une autonomie de 30 minutes est donc envisageable en renforcant certains aspects structurels du système pour augmenter le poids et en répétant certaines étapes de tutoriel pour augmenter le nombre de poulies.
Sommaire
Sommaire
[masquer]- 1 Description
- 2 Sommaire
- 3 Introduction
- 4 Étape 1 - Conception et mise en plan
- 5 Étape 2 - Fabrication de la poulie principale
- 6 Étape 3 - Fixation de l’axe du moteur/générateur sur la poulie principale
- 7 Étape 4 - Préparation des poulies secondaires
- 8 Étape 5 - Assemblage des poulies secondaires
- 9 Étape 6 - Impression 3D des guides pour roulements
- 10 Étape 7 - Montage final des poulies secondaires
- 11 Étape 8 - Test mécanique n°1
- 12 Étape 9 - Cablage du circuit électrique
- 13 Étape 10 - Finalisation de la partie électronique
- 14 Étape 11 - Fabrication de la lampe de lecture
- 15 Étape 12 - Touches finales
- 16 Notes et références
- 17 🔹 Inspirations et technologies utilisées
- 18 🔹 Optimisation et axes d’amélioration
- 19 🔹 Axes d’amélioration avancés
- 20 🔹 Applications et perspectives
- 21 🔹 Prochaines étapes du projet
- 22 Commentaires
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
Matériaux
🔩 Structure et mécanique :
- Un morceau de bois pour le chassis, pas besoin d'être précis, on est pas sur de l'aéronautique!
- Planches de contreplaqué pour la poulie centrale et le corps des poulies secondaires.
- Tiges en bois du diamètre des l'interieur des roulements
- Câble ou corde résistante – pour relier le poids au système d’engrenage.
- 4 Vis à Oeillet
- Deux mousquetons
- Poids (sacs de sable, bouteilles remplies d'eau).
- Fil de fer
- 2 Roulements 608 (ceux qu'on trouve partout: roues de skate, trotinette, roller, hand spinner, ...
- Cannette vide
⚡ Un peu d'électronique :
- Moteur de micro-ondes, on expliquera par la suite comment l'extraire, mais on peut en trouver facilement en ligne: Il suffit de tapper "moteur micro-ondes 4W 230V synchrone" mais pas très Low-tech tout ça! Les micro-ondes sont souvent jetés après que quelqu'un fasse exploser un oeuf dedans!
- 4 Diodes , diodes Schottky si possible mais pas obligatoirement (servira pour un montage redresseur de tension).
- 2 Condensateurs 50V 1000µF (pour lisser la tension en sortie des diodes), souvent trouvées dans les alimentations des produits electroménagers, les notres viennent d'une barre de son.
- Une LED 1-3W dans l'idéal un COB, de 3 à 4V pour une lampe de cette échelle.
- Cable électrique (le diametre n'est pas important, mais c'est sympa plusieurs couleurs, et si besoin il y en a un peu dans le micro-ondes qu'on peut récolter).
- Protoboard, pour que le circuit soit tout beau tout propre!
Outils
Étape 1 - Conception et mise en plan
Un croquis aide toujours, rien de compliqué:
- de quoi le fixer en hauteur
- un endroit où fixer la corde
- un trou pour l'axe du moteur
Étape 2 - Fabrication de la poulie principale
- Découper 3 disques en contreplaqué : 2 de 80mm de diametre et un de 60mm. Bien poncer les bords (sinon la corde s'éffritera et accrochera sur la surface rugeuse. Percer un trou de la taille du morceau de plastique qui vient se fixer sur le moteur et le coller à l'intérieur après avoir collé les 3 disques à la colle forte dans l'ordre suivant : grand, petit, grand.
- Pas de scie cloche? Pas de problème! Vous pouver découper un octogone de la taille souhaitée dans une plaque de contreplaqué puis poncer les coins jusqu'à obtenir un beau cercle!
- AUTRE OPTION: imprimer la poulie principale (fichier .stl fourni) qui viendra directement se fixer sur le moteur.
Étape 3 - Fixation de l’axe du moteur/générateur sur la poulie principale
- Fixer la poulie sur la structure, si elle n'est pas fixée assez solidement, rajouter un morceau de scotch isolant sur l'arbre du moteur.
Étape 4 - Préparation des poulies secondaires
- Percer les plaques de fixation des poulies secondaires.
- Monter les roulements sur les tiges et les insérer dans les plaques en permettant un mouvement fluide.
Étape 5 - Assemblage des poulies secondaires
- Découper un bloc de l'épaisseur du roulement
- Percer-le et y placer une vis à oeillet
- Assembler le bloc entre deux plaques
- Vérifier que le chemin de la corde est bien fluide.
Étape 6 - Impression 3D des guides pour roulements
Il est très probable que la corde vienne se bloquer dans un coin lors de l'utilisation du système. C'est pourquoi nous avons conçu le guide (fichier .stl joint) qui s'emboite précisément autour du roulement et maintient la corde en place dans une rénure.
Étape 7 - Montage final des poulies secondaires
- Assembler les pièces imprimées avec les poulies secondaires.
- Vérifier le bon alignement et la fluidité du système.
- Passer la corde par les poulies comme sur le schéma et attacher les extrémités aux vis mentionnées précédement)
Étape 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.
- Si la corde glisse au lieu d'entrainer la poulie, augmenter la masse du contrepoids ou faire faire un tour de plus à la corde autour de la poulie principale pour multiplier la surface de contact avec la poulie par 3.
Étape 9 - Cablage du circuit électrique
- Cabler les composants entre eux sur le protoboard suivant le schéma ci-contre
- Bien surveiller les polarités de chaque composant
- Recouvrir toutes les connections électriques des condensateurs avec de la colle chaude (risque de décharge).
Étape 10 - Finalisation de la partie électronique
- Vérifier le bon fonctionnement de la LED en tournant lentement la poulie principale à la main.
- Si tout est bon, fixer le circuit sur le chassis à l'aide de la colle chaude.
Étape 11 - Fabrication de la lampe de lecture
- Découper le haut et le bas d'une canette et se servir de l'interieur réfléchissant pour fabriquer un cone qui dirigera la lumière comme sur le schéma, puis y-coller la LED (en faisant attention à ne pas faire de court circuits avec l'aluminium de la canette, vous pouvez isoler avec de la colle chaude).
- Tordre le fil de fer et le maintenir en place avec du scotch jusqu'à obtenir une structure de lampe qui s'attache à une page tel un trombone.
- Coller le cone sur corps de la lampe à la colle chaude.
Étape 12 - Touches finales
- Un problème qui peut survenir en fonction du montage est le déraillage de la corde de la poulie principale. Ceci peut étre évité en faisant quelques boucles de fil de fer que l'on fixera proche dans l'alignement de la poulie pour s'assurer que la corde arrive et parte dans la bonne direction.
- Nous avons utilisé un poids de 2kg d'un coté et un contrepoids de 100g de l'autre pour guarantir une adhérance suffisante entre la corde et la poulie.
- Si la lumière n'éclaire pas assez ou la poulie ne tourne pas sous la masse du poids, augmenter la masse du poids. A l'inverse, si le poids tombe trop vite, diminuez sa masse.
- Si la corde glisse sur la poulie, augmentez la masse du contrepoids.
- Quand le contrepoids arrive en haut, inversez simplement les deux poids et c'est reparti pour un tour dans l'autre sens!
- Si la poulie ne démarra pas toute seule, c'est normal. Donnez-lui un petit coup de main pour commencer et elle devrait se mettre en marche.
Bon, j'espère que le projet vous plaira, il a demandé énormément de travail (je finis ce livrable à 4h du mat quelques heures avant le rendu du projet) c'est pourquoi nous vous demandons de laisser un commentaire si vous avez trouvé ce guide utile, et dites-nous si vous avez réalisé votre propre Lampe Gravitationelle!
On vous laisse sur deux images de contrepoids qui ont éclatés suite à un déraillage de la corde, choisissez-bien vos poids et contrepoids!
Notes et références
Projet réalisé 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).
🔹 Inspirations et technologies utilisées
- Technologie low-tech : Inspirée des principes du Low-Tech Lab, qui documente des innovations accessibles, durables et autonomes.
- Éclairage gravitationnel : Concept basé sur GravityLight (Deciwatt), exploitant la gravité pour produire de la lumière sans électricité.
- Conversion d’énergie mécanique en électricité : Utilisation d’un générateur entraîné par la gravité, similaire aux dynamos de vélo et aux systèmes de récupération d’énergie.
- Philosophie open-source et licences : Aligné avec le mouvement Open Hardware, encourageant le partage des connaissances et l’amélioration collaborative. Utilisation de licences comme la CERN Open Hardware License et la CC BY-SA.
- Projets similaires :
- Cette lampe avec une roue de vélo et une chaine qui permet de s'éclairer pendant 12 minuteshttps://rimstar.org/science_electronics_projects/gravity_light_homemade_diy_v2.htm
🔹 Optimisation et axes d’amélioration
⚡ Efficacité énergétique
- Tester différents générateurs (dynamos de vélo, moteurs DC) pour maximiser la production électrique.
- Optimiser la transmission mécanique (engrenages et poulies bien calibrés) pour exploiter au mieux la descente du poids.
🔋 Optimisation de l’éclairage et du circuit électrique
- Utiliser des LED basse consommation adaptées aux faibles tensions pour prolonger l’autonomie.
🔩 Robustesse et fiabilité du mécanisme
- Intégrer des roulements de qualité pour réduire les pertes par frottement.
- Ajouter un frein progressif pour éviter une descente trop rapide et protéger le générateur.
🔹 Axes d’amélioration avancés
🚀 Optimisation énergétique
- Tester des moteurs pas à pas pour améliorer la conversion mécanique-électrique.
- Expérimenter avec des engrenages supplémentaires pour prolonger la durée d’éclairage.
🔧 Amélioration mécanique
- Développer un système de freinage progressif pour garantir un débit d’énergie constant.
- Tester des poids variables (eau, sable, etc.) pour adapter l’autonomie selon les besoins.
🔋 Autonomie et stockage de l’énergie
- Ajouter une batterie tampon pour éviter les interruptions brusques.
- Explorer une option hybride solaire + gravité pour une meilleure autonomie.
🌍 Éco-conception et accessibilité
- Simplifier la fabrication en kit pour une production locale et une diffusion large.
🔹 Applications et perspectives
- Utilisation en éclairage de secours, campings, refuges, ou zones isolées sans accès à l’électricité.
- Possibilité de transformer le concept en mini-générateur pour charger de petits appareils.
- Partage du projet sous licence open-source pour une amélioration continue par la communauté.
🔹 Prochaines étapes du projet
📌 Tests et validation des solutions techniques
- Comparer les performances de plusieurs générateurs (dynamos, moteurs pas à pas, etc.).
- Expérimenter avec différentes transmissions mécaniques pour maximiser l'efficacité énergétique.
📌 Prototypage et améliorations
- Concevoir et assembler un premier prototype fonctionnel.
- Tester et ajuster le mécanisme de freinage pour une descente optimisée.
- Expérimenter avec des matériaux recyclés pour une meilleure éco-conception.
📌 Documentation et partage open-source
- Documenter les plans et schémas pour une diffusion open-source.
- Publier les résultats des tests et inviter la communauté à proposer des améliorations.
📌 Applications et mise en situation réelle
- Tester le dispositif dans des environnements réels (camping, éclairage d’urgence, etc.).
- Recueillir des retours d’utilisateurs pour affiner le design.
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