induction avec métaux précieux à faire fondre

[ranarama]

"peut-on quantifier le rendement de l'induction avec des métaux très conducteurs comme l'argent? "
c'est la loi d'ohm au départ puis p=r*i² etc... les équations ont pas l'air méchante mm s'il parle pas de l'or/argent c'est encourageant :
http://www.leonardo-energy.org/sites...Heating_v2.pdf

Sinon l'hystérésis magnétique désigne le phénomène d'hystérésis observé lors de l'aimantation d'un matériau. Ainsi, lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué à un matériau ferromagnétiquetel le fer, les dipôles électriques atomiques s'alignent en fonction de ce dernier. Lorsque le champ est retiré, une partie de l'alignement demeure au sein du matériau. Ce dernier a été aimanté. [Wikipédia]
=> très bonne nouvelle = l’hystérésis ne concerne ni l'or, ni l'argent, ni même le cuivre youpi

cuisinière chépa mais la géométrie semble différente, rien que la bobine est trop chelou par rapport au four.
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[Biname]

Hello,

sur une plaque à induction, n'y a t-il pas un système de sécurité basé justement sur le magnétisme pour enclencher ou non l'induction et éviter d'allumer la plaque quand il n'y a pas une casserole adaptée dessus?
car alors, la casserole en cuivre ne serait pas "reconnue" par le système de sécurité ?
bon c'est une réponse peut etre stupide, mais c'est la première qui me vient à l'esprit...

Les variations de champ magnétique dues au générateur, induisent un courant dans le fond de la casserole qui est comme une grosse spire en court-circuit sur sa résistance propre. Lorsque la résistance propre diminue, cas de l'or, le courant augmente ... non ? A vue de nez, la puissance transmise ne dépend pas, en première approximation, du métal utlisé ? Au fond, c'est un transformateur dont le secondaire est composé d'une seule spire en court-circuit.

Tu mets la gourmette en or de ta belle-mère sur la plaque à induction et tu vois ce qui se passe, tant pis pour l'émeraude, de toute façon, ce sera pour ta belle soeur !

Biname

[Biname]

Hello,

Hello,
Au fond, c'est un transformateur dont le secondaire est composé d'une seule spire en court-circuit.
Biname

Oui, un transformateur dont l'inductance de fuite est 'grande'. Comme un grand entrefer ou un coefficient de couplage faible ???<05) mais comme la fréquence du générateur est élevée, il doit être possible de la compenser par un condensateur de faible valeur ???????????????????????

Biname

[Antoane]

Bonsoir,

Je me hasarderais à répondre que les pertes par hystérésis sont bien plus importantes que celles par courants de Foucault?

C'est le début du post 5 : http://forums.futura-sciences.com/el...induction.html

L'échauffement est le fruit des courants de Foucault qui sont un phénomène électrique se produisant lorsqu’un conducteur (métal) traverse un champ magnétique variable.

Tu négliges ici les pertes par hystérésis, qui, selon la fréquence et la forme de la pièce, l'être ou non.

L'argent, l'or sont donc les meilleures candidats imaginable pour un tel projet, puisque top au niveau conduction

Du point de vue des courants de Foucault uniquement. Qui ne sont responsables que d'une partie du dégagement de chaleur.

"peut-on quantifier le rendement de l'induction avec des métaux très conducteurs comme l'argent? "
c'est la loi d'ohm au départ puis p=r*i² etc... les équations ont pas l'air méchante mm s'il parle pas de l'or/argent c'est encourageant :
http://www.leonardo-energy.org/sites...Heating_v2.pdf

Tu parles du calcul de la puissance dissipée dans le secondaire, et non du rendement.
Et c'est pas si simple... Il faut prendre en compte les effets de proximité ("l'effet de peau").
Ici, les meilleures méthodes me sembles :
- l'expérimentation ;
- la simulation par éléments finis.
La résolution analytique est, à mon avis, possible, mais demande un peu de papier et de café.

Sinon l'hystérésis magnétique désigne le phénomène d'hystérésis observé lors de l'aimantation d'un matériau. Ainsi, lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué à un matériau ferromagnétiquetel le fer, les dipôles électriques atomiques s'alignent en fonction de ce dernier. Lorsque le champ est retiré, une partie de l'alignement demeure au sein du matériau. Ce dernier a été aimanté. [Wikipédia]
=> très bonne nouvelle = l’hystérésis ne concerne ni l'or, ni l'argent, ni même le cuivre youpi

J'approuve le prémisse mais pas la conclusion Au contraire, le phénomène d'hystérésis magnétique est, pour une bonne partie, dissipatif, c'est à dire qu'il contribue à accroître l'échauffement.

Oui, un transformateur dont l'inductance de fuite est 'grande'. Comme un grand entrefer ou un coefficient de couplage faible ???<05) mais comme la fréquence du générateur est élevée, il doit être possible de la compenser par un condensateur de faible valeur ???????????????????????

Dans un précédent post, Tropique estimait K~0,6

Un peu technique, mais des explications sur le principe et sur la mise en oeuvre : https://www.fairchildsemi.com/applic...AN/AN-9012.pdf

Sans certitudes (c'est probablement écrit dans le pdf dans le lien posté juste au-dessus) :

sur une plaque à induction, n'y a t-il pas un système de sécurité basé justement sur le magnétisme pour enclencher ou non l'induction et éviter d'allumer la plaque quand il n'y a pas une casserole adaptée dessus?

car alors, la casserole en cuivre ne serait pas "reconnue" par le système de sécurité ?

Il me semble que c'est effectivement le cas. Lorsque l'utilisateur allume une plaque, celle-ci est sous-alimentée (à la mauvaise fréquence ou en basse tension). Si la puissance consommé par la plaque est faible, c'est que rien n'est posé dessus, ou bien une casserole en cuivre, ou bien n'importe quel truc qu'on ne veut pas chauffer. Si la consommation est grande, en revanche, c'est qu'une casserole adéquate est posée sur la plaque et le circuit envoie alors la pleine puissance dans la bobine.
Le but serait de sécuriser le système tout en économisant de l'énergie.



Noter bien que dans cette discussion : http://forums.futura-sciences.com/el...induction.html ce que dit Vicmand n'est que le produit de ses déduction (+ du net). Les seuls arguments vraiment valides sont donnés par Tropique.
Le sujet n'est pas simple, on trouve tout et son contraire dessus sur internet (c'est aussi ta conclusion, Buvette1). Il suffit de voir ici comme tout le monde est sûr d'avoir raison, tout en disant le contraire de celui qui le précède

[Biname]

Hello,

très bonne nouvelle = l’hystérésis ne concerne ni l'or, ni l'argent, ni même le cuivre youpi

Les pertes d'hystérésis se font dans le matériau qui chauffe, ce ne serait donc pas un problème.

Biname

[Buvette1]

bon finalement, si je comprends bien, pas de réponse évidente, et pour avoir la finalité, il faudrait:
- soit avoir l'avis éclairé de Tropique, qui à l'air d'être visiblement THE référence en la matière,
- soit demander à albanbach qui a construit son propre four d'y loger un lingot de 250gr d'or puis le même de fer et de mesurer tout cela ? (faudrait juste un généreux mécène interessé par l'experience qui fournisse la matière )

non plus sérieusement, effectivement, faudrait peut etre que quelqu'un qui en a construit un fasse des mesures en mettant par exemple le même poids de cuivre et de fer ?

car la théorie à l'air de partir dans les deux sens...

[ranarama]

Youpi je pensais surtout à sa question sur le calcul du rendement, l’hystérésis c le mal (de ce point de vue)

[Antoane]

Bonsoir,

J'essaye un petit résumé, simplifié.

Courants de Foucault :
- on peut comprendre le circuit comme un transformateur dont le secondaire est créé par la pièce à chauffer. Celle-ci se comporte comme une spire en court-circuit, de résistance donnée, plus ou moins proportionnelle à la résistivité du matériaux (pour une forme de pièce à chauffer donnée).
- Un transformateur induit une tension donnée dans son secondaire, supposée indépendante de ce qui est branché dessus. La puissance dissipée au secondaire est donc en P_f=U²/R. Utiliser un matériaux peu résistif engendrera donc un grand P_f.

Hystérésis :
- dans un matériaux magnétique (fer, cobalt, nickel...), s'ajoutent à P_f une dissipation par hystérésis P_h. l'amplitude de P_h dépend de divers paramètres, parmi lesquels la fréquence du champ magnétique et la nature du matériaux employé.
- il est difficile de séparer P_f et P_h mais, a priori, rien n'indique que l'un sera largement dominant sur l'autre.

Fréquence de fonctionnement f :
- pour maximiser P_h, on voudrait maximiser f. Mais l'effet de peau engendre une augmentation de R avec f, et donc une diminution de P_f. Il existe donc un compromis, un optimum.



Chauffer un truc jusqu'à "pas trop chaud" est ""assez facile"". En comparaison, chauffer un truc jusqu'à "très chaud" est complexe. En effet :
- la résistance d'un métal augmente avec la température ; donc pour une même tension induite U, la puissance dissipée décroit (P_f.=U²/R).
- les pertes thermiques (dues à l'isolement thermique imparfait) augmentent avec la température. Il faut donc apporter plus de puissance pour ne serait-ce que conserver la température de la pièce.
- A partir d'un certain point (la température de Curie : https://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature_de_Curie), un matériaux magnétique cesse d'être magnétique (il devient paramagnétique), on perd donc la contribution de P_h.
De là :
- il n'est pas trop compliqué de faire chauffer au rouge un tourne-vis (matériaux magnétique, de faible dimension (pas de problème d'effet de peau), pas trop chaud) ;
- il n'est pas trop compliqué de faire fondre de l'alu (pas trop chaud) ;
- il est coton de faire fondre du fer (matériaux para-magnétique (en haute-température, i.e. au delà de 1043°C), chaud) ;
- il ne doit pas être trop compliqué de faire chauffer de l'or jusqu'au rouge foncé (pas trop chaud, raisonnablement faible R) ;
- il est coton de faire fondre de l'or (matériaux para-magnétique, chaud).

[ranarama]

un gars qui touche sa bille dans le domaine et qui en plus est pédagogue :
http://www.mindchallenger.com/inductionheater/
puis cliquez 10 fois sur "Next Page"

et en cadeau bonux, son blog vidéo :
https://www.youtube.com/user/imsmoot...h?query=heater

[izentrop]

Un peu compliqué l'anglais pour moi, ranarama. Y at'il des infos sur le chauffages des métaux diamagnétiques ?

Antoane parle de l'équivalence avec un transfo dont le secondaire est une spire en court-circuit,
Le côté ferromagnétique du métal concentre le champ magnétique.

Il y a perte d'efficacité quand il devient paramagnétique mais aussi quand il est diamagnétique non ??

[Biname]

Salut,

Sans faute Antoane ! Toi aussi tu 'touches ta bille'

Les pertes par rayonnement, loi de Stefan-Boltzmann, P=epsilon.sigma.T^4 (T en Kelvin), la Terre à 300K rayonne ~300W/m². A 1200°C (1500K) la température est 5 fois plus élevée en Kelvin. P1500=eps.sig.[(5*300)^4 ], P1500=~5^4*P300 soit 625 fois plus qu'à 300K=20°C donc 625*0.3kW = 210kW/m², 210000W/m², 21W/cm².

Le cylindre de ?2x3cm? sur youtube qui devient orange doit faire ~15cm², à 1200°C, il rayonne 15x21 ~= 315W

Une courbe 100-600°C http://cfbt-us.com/wordpress/wp-cont...mann_v2_lr.jpg

Biname

[Yvan_Delaserge]

Courants de Foucault :
- on peut comprendre le circuit comme un transformateur dont le secondaire est créé par la pièce à chauffer. Celle-ci se comporte comme une spire en court-circuit, de résistance donnée, plus ou moins proportionnelle à la résistivité du matériaux (pour une forme de pièce à chauffer donnée).
- Un transformateur induit une tension donnée dans son secondaire, supposée indépendante de ce qui est branché dessus. La puissance dissipée au secondaire est donc en P_f=U²/R. Utiliser un matériaux peu résistif engendrera donc un grand Pf.

Tropique soulevait un point intéressant dans le post #5 du fil commutation-zero-de-tension-chauffage-induction

Il y a un effet d'adaptation d'impédance: par exemple une cible très conductrice (supra- éventuellement) va générer des courants très élevés dans le primaire et le secondaire (la pièce elle-même), mais ces courants ne chaufferont que le primaire.
Dans une situation réelle, la pièce et le primaire ont des conductivités du même ordre à T° ambiante, et au début le rendement est mauvais: pratiquement autant de puissance est dissipée de part et d'autre.
Quand la pièce chauffe, l'équilibre se modifie, et une part plus élevée est dissipée dans la pièce. Mais à un certain point, sa résistivité devient tellement forte que la puissance absolue dissipée diminue, même si le rendement est meilleur.

[ranarama]

Un peu compliqué l'anglais pour moi, ranarama. Y at'il des infos sur le chauffages des métaux diamagnétiques ?

Antoane parle de l'équivalence avec un transfo dont le secondaire est une spire en court-circuit,
Le côté ferromagnétique du métal concentre le champ magnétique.

Il y a perte d'efficacité quand il devient paramagnétique mais aussi quand il est diamagnétique non ??

Essaye la google traduction

Sinon Wikipedia affirme que le diamagnétisme est un phénomène négligeable donc je propose de considérer l'argent et le cuivre comme paramagnétique histoire de se simplifier la life.

source discutable ^^ : http://fr.wikipedia.org/wiki/Diamagn%C3%A9tisme

[Buvette1]

passionnant... compliqué mais passionnant...

[Buvette1]

j'essaie de comprendre un peu mieux.

Y a t-il un moyen de calculer la resistivité de l'argent ou l'or à haute température par rapport à un matériau du type fer? et du coup la perte de puissance dissipée par Pf=U²/R

normalement, la température de Curie ne devrait pas intervenir pour ces matériaux ? vu que le magnétisme est preque nul, l'hystérésis aussi ? on n'a alors pas à s'occuper de Ph mais seulement de Pf ?


bonne journée à tous

[Yvan_Delaserge]

Le propre d'un conducteur est d'avoir sa résistance qui augmente avec la température. Un semi-conducteur, c'est le contraire.
Argent et or sont des conducteurs.
Maintenant, savoir quelle est la résistivité d'un matériau donné en fonction de la température, cela a certainement été mesuré par quelqu'un, il suffirait de trouver les tables.

[ranarama]

R, Pf, le rendement tout ça est pourtant clairement expliqué dans le pdf de mon msg #31

[izentrop]

Bonjour,
Ranarama, j'ai trouvé ton pdf en français http://fr.leonardo-energy.org/wp-con...-induction.pdf

La formule de puissance est donnée http://moncastel.free.fr/forum/P-induction.jpg
Dans le tableau est comparé du cuivre et de l'acier.
La première ligne est la résistivité ( 10 fois plus faible pour le cuivre) et la seconde, la perméabilité relative ( 100 fois plus faible pour le cuivre) .

Le cuivre est de même catégorie que l'or ou l'argent : diamagnétique et résistivité faible.

On voit bien en appliquant la formule et sauf erreur, que pour une pièce identique en dimensions et sans changer les paramètres d'induction, la puissance dissipée dans le cuivre va être 31 fois plus faible (racine de 1000).

[izentrop]

Je n'ai pas tenu compte de la profondeur de pénétration, car il est dit qu'elle est beaucoup plus faible pour un matériau non magnétique, alors que dans la ligne correspondant à 100 khz, c'est l'inverse qui est indiqué ?

[ranarama]

Bsr. cool comme ça on est au moins 2 à l'avoir lu

oui voilà c'est cette équation et quand y a pas de fer on a µr=1 le plus simple étant de le retirer de l'équation
On voit que les deux paramètres de réglage sont l'intensité et la fréquence

Certainement dans le cas du fer µr serait une variable de plus mais non exploitable électriquement car variant en fonction de la temperature et tendant vers 1 quand T tend vers Tcurie donc apporte une non linéarité de plus au système et qui complique pas mal les choses ce que Tropique avait dit. Dans le cas des métaux précieux du coup Tcurie ou pas, ça change rien c + simple, le paramagnétisme c bien !

Dans ce dernier cas l'effet de peau c'est la racine ² de (résistivité/fréquence) et la formule de P tiens déjà compte de cela, voir la démonstration dans le pdf anglais, ta version française était simplement incomplète, il sorte la formule comme le lapin d'un chapeau

[izentrop]

En fait, le four à induction d'Albanbach fonctionne bien pour chauffer de l'acier au rouge, mais pour fondre l'or ou l'argent il faudra 20 à 30 fois plus de puissance ou diminuer le diamètre de la bobine, comme il s'agit de petites quantités.

[Yvan_Delaserge]

C'est donc bien ce que je me hasardais à avancer dans le post #28: L'échauffement dû à l'hystérésis est beaucoup plus important que celui dû aux courants de Foucault?
Et même 20 à 30 fois plus important?

[ranarama]

Oui ça correspond à ce que j'en ai lu : il a écrit qu'il voulait simplement pouvoir rougir le fer pour le travailler, à priori il n'a jamais projeté la fonte d'un matériaux.

Je viens de trouvé sur wikipaid que l'énergie que réclame le matos pour fondre peut se calculer via la Formule de Clapeyron en Joules

Une fois cette valeur déterminé pour l'or et l'argent (spa à moi de faire le calcul quand mm ? si ?) , on aura une idée du dimensionnement des 2 variables A et f.

Au fait je me rappelle in extremis que qqun a parler de lois sur la pollution électromagnétique en vigueur => f devient une constante.

Donc effectivement les seules inconnus qui me reste à l'esprit c'est le courant dans la bobine et le temps qu'on veut que ça va mettre à fondre.

On peux aussi aller plus loin en calculant les pertes thermiques entre le métal et l'air mais on va pas faire ça, trop relou non ? Je ressens que plus la fonte est rapide moins ce phénomène de pertes thermiques joue ; mais c vraiment au feeling là pour le coup.

[ranarama]

erratum : f est bien une variable avec laquelle on peut faire mumuse mais encadrer par la loi dans une plage de fréquence en fct de la puissance (+ c puissant plus les contraintes sont drastiques) du bidule donc plutôt une bonne nouvelle pour une petite installation comme celle envisagé.
source : http://www.inrs.fr/dms/inrs/Catalogu...211/ed4211.pdf

[Antoane]

Bonsoir,

Certainement dans le cas du fer µr serait une variable de plus mais non exploitable électriquement car variant en fonction de la temperature et tendant vers 1 quand T tend vers Tcurie donc apporte une non linéarité de plus

La chute est brusque.

Dans ce dernier cas l'effet de peau c'est la racine ² de (résistivité/fréquence) et la formule de P tiens déjà compte de cela, voir la démonstration dans le pdf anglais, ta version française était simplement incomplète, il sorte la formule comme le lapin d'un chapeau

Note que tu voudras souvent avoir une fréquence de fonctionnement donnant une profondeur de peau de l'ordre de grandeur de la taille de la pièce.

Je viens de trouvé sur wikipaid que l'énergie que réclame le matos pour fondre peut se calculer via la Formule de Clapeyron

L'auteur du post l'a fait en #13.

Je n'ai pas tenu compte de la profondeur de pénétration, car il est dit qu'elle est beaucoup plus faible pour un matériau non magnétique, alors que dans la ligne correspondant à 100 khz, c'est l'inverse qui est indiqué ?

La profondeur de peau est donnée par , où ω est la pulsation de l’excitation, σ la conductivité du milieu µ₀ la permittivité du vide et χ la susceptibilité magnétique (>0 pour un paramagnétique, <0 pour un diamagnétique). De là, si je ne m'abuse, à conductivité et fréquences identiques, δ sera supérieure pour un diamagnétique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9tisme

Le propre d'un conducteur est d'avoir sa résistance qui augmente avec la température.

d'un métal.

Maintenant, savoir quelle est la résistivité d'un matériau donné en fonction de la température, cela a certainement été mesuré par quelqu'un, il suffirait de trouver les tables.

http://en.wikipedia.org/wiki/Electri...ure_dependence

normalement, la température de Curie ne devrait pas intervenir pour ces matériaux [ l'argent ou l'or ] ? on n'a alors pas à s'occuper de Ph mais seulement de Pf ?

Oui.

Tropique soulevait un point intéressant dans le post #5 du fil commutation-zero-de-tension-chauffage-induction

Il y a un effet d'adaptation d'impédance: par exemple une cible très conductrice (supra- éventuellement) va générer des courants très élevés dans le primaire et le secondaire (la pièce elle-même), mais ces courants ne chaufferont que le primaire.

Ce n'est pas contradictoire : l'ensemble de mon explication partait de la prémisse que "la tension au secondaire du 'transfo' est indépendante de sa charge". Avec une charge infinie, on est loin de cette situation.

un gars qui touche sa bille dans le domaine et qui en plus est pédagogue :
http://www.mindchallenger.com/inductionheater/

C'est joli

[ranarama]

Merci bcp pour les précisons / corrections c noté.
Super qu'il ait fait le calcul plus qu'à estimer les pertes malgré qu'il manque des précisions sur les deux facteurs d'ajustement C et F puis en tirer le rendement, qu'est ce qu'il faut faire les zapper ? ... à moins que je trouve un autre documents ailleurs qui apporte des précisions , sinon je leur écrit une belle lettre En attendant je peux toujours essayer sans et voir si ça reste pertinent, enfin j'espère que ces facteurs sont pas déterminants, normalement j'ai compris que c'était pas le cas...

En effets c un bien joli tuto d'ailleurs y a plus que 10 pages ça continue ensuite de 3kw pour la fusion du fer il passe à 10kw !! pour la lévitation la partie de la commande l'alim a resonnance semble bien expliquée, c'est surtout ça qui me parait chaud (PLL tout ça oulala..). Bref un blog précieux qui mérite une aspiration en règle

[izentrop]

C'est donc bien ce que je me hasardais à avancer dans le post #28: L'échauffement dû à l'hystérésis est beaucoup plus important que celui dû aux courants de Foucault?
Et même 20 à 30 fois plus important?

Dans ce document https://tel.archives-ouvertes.fr/tel...980v2/document , il est stipulé que : " La puissance dissipée par l'hystérésis est généralement beaucoup plus faible (moins de 10 % dans la plupart des cas)que celle engendrée par les courants induits... Alors, I'hystérésis peut être négligée dans les matériaux magnétiques doux car elle ne modifie pas considérablement les pertes de puissance. "

Citation Envoyé par ranarama Voir le message
un gars qui touche sa bille dans le domaine et qui en plus est pédagogue :
http://www.mindchallenger.com/inductionheater/
C'est joli

On se rends bien compte qu'il faut toucher sa bille et être inconscient pour fabriquer un four à induction capable de faire fondre un petit morceau de zinc.
Attention, dans ce montage de 3 kw traine des différences de potentiel mortelles
Pour supporter cette puissance, il utilise un serpentin de cuivre refroidi à l'eau et un condensateur de forte valeur est nécessaire pour compenser le facteur de puissance désastreux.

Cela reste expérimental, car il manque le creuset pour protéger la bobine.

Pour faire fondre la même pièce en argent, 1500 w devrait suffire

[izentrop]

Yvan_Delaserge, dans le document cité, il est aussi écrit : "en haute fréquence, les pertes par hystérésis sont négligeables. " C'est logique, vu que le coefficient de pénétration est plus faible, toute la puissance est dissipée en surface.

Il me semble qu'il est question de 100 khz dans ce sujet

[ranarama]

la chaleur de la bobine proche du creuset est également dépendante du courant qui la traverse donc j'imagine qu'une tension élevé limite l'élévation en T°, ce serait ballot de faire fondre la bobine de cuivre avant l'argent niveau danger y a déjà ce qu'il faut avec du métal en fusion, le risque d'électrocution, surtout avec des condos de partout ça c le petit plus mais sinon le gars a des gants épais et ne s'approche pas trop, pas folle la guèpe ^^

[ranarama]

je viens de regarder il alimente sa bobine en alternatif sinusoïdale => on a la tension bobine comme ça :
V = I (Lw + R) d'ou I = V / (Lw +R) soit V et I sont proportionnelle donc du coup la tension ne permet pas dans son cas (voir précédemment msg ne pas en tenir compte du coup ) de diminuer échauffement mais la fréquence oui elle le permet, au détriment du rendement
Dans son cas il peut aussi augmenter la pression d'eau.
Ceci dit dans les petits fours d'ebay ou aliexpress il n'y a pas de bobine creuse/refroidi. du coup il doivent utiliser des freq plus élevées pour se permettre d'avoir autant simplifié le dispositif. En effet un truc avec pompe à eau c une galère à utiliser, c'est pas vendeur