1) Choix des composants électroniques
Dans le but d’étudier la circulation thermohaline,
nous avons décidé d’intégrer des capteurs de salinité et de températures. Etant
donné que nous sommes dans le cas d’un courant profond nous avons placé ces
capteurs à différentes profondeurs. De plus, il a été rajouté un capteur de
lumière afin de savoir si nous sommes le jour ou la nuit. Pour des conditions
pratiques, un capteur d’humidité va aussi être installé à l’intérieur de la
bouée afin d’être persuader de son étanchéité.
Définition d'un capteur : il permet de
prélever une information de type analogique dans la nature ou autre puis de le
traduire dans le langage voulu dans le but d'une étude.
Les capteurs de température utilisés:
Nous utilisons des thermistances car
ce sont des capteurs simples d'utilisation et peu chers. Ce sont en fait de
simples conducteurs ohmiques dont la valeur de la résistance varie en fonction
de la température. Pour les CTN (Coefficient Température Négatif) utilisées,
lorsque la température augmente, la valeur de la résistance diminue.
La
CTN utilisée
Les capteurs de luminosité utilisés : 
Nous utilisons aussi des
photorésistances car ce sont également des capteurs simples d'utilisation qui
fonctionnent sur le même principe que les thermistances. Ces conducteurs ohmiques
voient la valeur de leur résistance varier en fonction de l'intensité lumineuse. Lorsque l'intensité lumineuse augmente la
valeur de la résistance diminue.
La photorésistance utilisée
Le capteur de salinité utilisé :
Le capteur que nous utilisons pour mesurer la
salinité est un simple conductimètre. En effet, lors de nos recherches pour
trouver un moyen de mesurer la salinité de l'eau de mer, nous avons trouvé que
l'eau de mer est principalement constituée d'eau et de sel, soit des ions
chlorure et sodium. Les autres ions et éléments potentiellement présents étant
de façon général négligeables au vu de leur quantité.
Ce point éclairci, nous avons dû rechercher
l'appareil à utiliser pour mesurer cette concentration massique en sel. Le
conductimètre idéal se devait d'être résistant à l'eau de mer et aux agressions
de l'environnement. De plus, notre montage disposait d'une source d'énergie
délivrant un courant continu, et donc inutilisable pour la sonde de
conductimètre (à cause de l'électrolyse résultant d'une tension constante aux
bornes du conductimètre). Une sonde à chlorure intéressante fut commandée à une
entreprise des Etats-Unis, mais devant les délais trop long à son acquisition,
elle fut finalement abandonnée. Nous avions pris du retard...
Au final, et après les conseils de personnes
avisées, nous avons appris que les sondes conductimétriques utilisées au lycée
de la marque HEITO pouvaient être utilisées puisque celles-ci étaient
alimentées par un courant alternatif via le boitier du conductimètre. Une
sortie analogique 0 - 5 V étant d'ailleurs déjà présente sur le boitier, il ne
restait plus qu'à relier via un étalonnage cette tension de sortie à la
conductance de différentes solutions d'eau salée.
2) Montage électronique associé aux capteurs résistifs
L'alimentation de notre système devant être autonome,
on utilise donc des piles en série (6x1,5V). Cependant, la tension aux bornes de ces piles peut varie
au fur et a mesure du temps ce qui est ennuyeux car si cette tension change,
toutes les tensions aux bornes des résistances changes (d'après la loi
d'associativité des tensions). C'est pour cela que l'on intègre dans le
circuit, un R.I.T. (Régulateur Intégré de Tension) qui nous permet d'avoir une
tension constante à la sortie de la batterie toujours égale à U0 =
5,0 V.
A la sortie du RIT, il suffit de brancher en série
notre capteur résistif et un conducteur ohmique de résistance R = 1 kΩ.
Par exemple, pour le cas de la thermistance, U0 étant
constant, RCTN variant avec la température, U1 = U0
- UCTN devra varier également avec la température (mais dans la sens
inverse). C'est cette tension aux bornes de la résistance fixe qui sera envoyée
sur le boitier HERA fin d'être codée puis transmise par satellite.
Voici le schéma global du
montage des capteurs résistifs. Les 7 capteurs reliés au RIT et les 7 liaisons
vers les 7 premières voies d'acquisition du boitier HERA. La 8ème voie étant
celle de la tension issue du conductimètre.
3) Etalonnage
a) Thermistance
Nous avons
réalisé le montage ci dessous dans le but d'étalonner notre capteur de
température. Nous avons étalonné le capteur suivant une plage de température
allant de 2 à 30 °C car elle recouvre ainsi les températures que nous pouvons
trouver en conditions réelles le long du Gulf Stream.
Voici les résultats obtenus, sous forme graphique,
avec l'équation reliant la tension U aux bornes de la résistance fixe en
fonction de la température T :
La tension étant mesurée aux bornes de la résistance fixe, nous obtenons une fonction
croissante de la température.
b) Photorésistance
Voici les résultats obtenus, sous forme graphique,
avec l'équation reliant la tension U aux bornes de la résistance fixe en
fonction de l'éclairement L :
c) Conductimètre
Le
boitier du conductimètre possédant une sortie analogique variant de 0 à 5V en
fonction de la conductivité de la solution, nous avons réalisé l'étalonnage de
celui-ci à l'aide d'une solution de chlorure de sodium (Na+, Cl-)
suivant une plage de concentration massique allant de 30 g/L à 39 g/L car elle
recouvre ainsi les concentrations que nous pouvons trouver en conditions
réelles le long du Gulf Stream. Il a également fallu régler au préalable la
constante de cellule grâce à une solution de chlorure de potassium (solution
d'étalonnage pour un conductimètre fourni par le fabricant).
La
conductivité dépendant de la température, nous avons effectué les mesures à deux
températures différentes : une à 10 °C où la tension mesurée est et une à 20 °C
où la tension mesurée est U2. Voici les résultats obtenus, sous
forme graphique, avec l'équation reliant la tension U à la sortie du boitier du
conductimètre fixe en fonction du titre massique t (en g/L) de la solution :
4) Résolution et précision du système
La
résolution est la variation minimale que notre système de capteurs peut
détecter. Elle est d'environ 5 mV d'après la fiche constructeur HERA. En effet,
le boitier permet des mesures de tension entre 0 et 5 V et la tension mesurée
sera codée en binaire sur 10 bits ( donc de 0 à 1023 états différents) puis
envoyée via le satellite. La résolution est donc de 5 / 210 = 5
/1024 = 0,0048 V soit environ 5 mV. Une variation de tension inférieure à ΔU = 5 mV ne
pourra donc pas être transmise.
Déterminons
les résolutions de chaque capteur :
On a donc une résolution ΔL / Δétat = 100 / 491 = 0,2 lux/état. Une variation de l'éclairement inférieure à 0,2 lux ne pourra donc pas
être transmise. Cela est amplement suffisant pour notre étude puisque nous
cherchons à faire des mesures relatives à différentes profondeurs et à observer
l'alternance jour/nuit.
La précision de nos
capteurs dépend surtout de la qualité de notre étalonnage et de la référence
qui a servi d'étalon (le thermomètre par exemple). Même s'il est certain que
nous ne pourrons mesurer des valeurs très précises, ce qui nous importe est
d'observer la différence entre les valeurs relevées à différentes profondeurs
et surtout à différents endroits du Gulf Stream.
