Déviation électrostatique de gouttes d'encre

[bunex]

Bonjour à tous,

Je réfléchis à une installation artistique où des gouttes d'encre seraient larguées d'une certaine hauteur (mettons 4 mètres), tomberaient sur une feuille de papier (mettons 40x60cm) pour y dessiner peu à peu une image.

J'ai d'abord pensé à un goutte-à-goutte sur chariot XY commandé par ordinateur, mais j'aimerais quelque chose de "différent", de plus... poétique. Dans cet esprit, je me suis souvenu qu'une règle chargée d'électricité statique dévie le filet d'eau d'un robinet.

M'est donc venue l'idée d'une déflexion électrostatique des gouttes avec des plaques chargées, un peu comme le faisceau d'électrons d'un oscilloscope CRT. J'imagine qu'une assez faible déviation suffirait, compte tenu de la hauteur et du format du papier.

Mes première recherches m'ont conduit vers les amplificateurs haute tension à base de MOSFET, cela vous semble t'il une voie raisonnable pour le pilotage des plaques ?

Quelle sorte d'alimentation HT serait appropriée ? (aucun courant n'est en jeu ici, ou alors extrêmement faible, n'est-ce pas ?).

In fine, je pense à un système constitué comme ceci : Dessin vectoriel ou raster > liste de points xy > sortie numérique 2 axes > 2 CNA > 2 amplis HT.

Merci beaucoup pour vos réponses et suggestions !

Jean-François
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[Positron1]

Salut,
Tu es en train de réinventer l'imprimante à ses débuts !!!
Combien d'encres veux tu guider ?
Pourquoi ne pars-tu pas sur ce qui existe sur une imprimante et amplifier le mouvement ?

[bunex]

Bonjour,

Pour le moment je ne pense qu'à de l'encre de chine ou de l'encre "Waterman", peut-être diluée pour que l'image apparaisse par accumulation successive (il est entendu que je n'espère pas ni ne souhaite de la haute définition). Ensuite, je m'impose de tout fabriquer (sauf l'ordi :- et autant que possible), rapport à ma démarche. Cela n'exclut pas de la récup' ici ou là.

Ton idée est intéressante et elle fait son chemin dans ma tête, mais je pense que les gouttes seront vraiment trop petites et le mouvement relativement rapide de la tête d'impression va m'embêter un peu. Autant dire que la trajectoire de la goutte sera très difficile à maîtriser. Sans parler du fait qu'il faudra recréer le mouvement d'avance papier (donc déplacer l'imprimante car le papier sera fixe).

Pour préciser, je pense à un un goutteur fixe qui droperait peut-être 1 à 3 gouttes par seconde. Il faut calibrer la taille de la goutte, qu'elle soit plutôt petite (Ø = 1 à 2 mm ?) mais pas un picolitre non plus , bien choisir le papier pour qu'il capture la goutte sans trop d'éclaboussures (mais un peu quand même), certains papiers type fine art jet d'encre offreront ces caractéristiques.

Bref, une pluie plus qu'un crachin... et un système sans pièce mobile ni trop de mécanique !

Merci pour ta réponse !

[Positron1]

Re,
Je crois qu'à Valence il y a une société de dessins animés qui utilise ce système (Folimage peut être)

[A voir en vidéo sur Futura]

[bunex]

Aurais-tu un lien ? Je ne trouve pour Valence et Folimage que le dessin animé "Le voyage d'une goutte d'eau".

Sinon, à propos de cet ampli haute tension, j'ai trouvé le schéma ci-après en jpg. Et pour l'alimentation, j'ai vu sur sonelec-musique, inestimable site, ceci : http://www.sonelec-musique.com/elect...m_tht_001.html.

Si je comprends assez bien le principe de l'alim, le montage d'ampli me laisse dans une certaine perplexité... Y aurait-il une bonne âme pour m'aider à le comprendre ? J'avoue ne pas reconnaître ce qui est mis en oeuvre avec l'AOP, cela ne ressemble pas trop à ce que j'ai pu voir jusqu'ici (mes connaissances sur le sujet sont assez basiques).

Merci et bonne journée !

[Positron1]

Re
http://www.folimage.fr/fr/
Sur sonelec ce n'est pas un ampli mais un multiplicateur de tension
Quelle haute tension veux tu obtenir ?

[bunex]

Bonsoir,

Je n'ai pas fait la confusion, si tu relis mon post, je parle de l'alim HT d'une part (le montage multiplicateur de tension, en rappelant qu'il n'est pas question de débiter bcp de courant), et d'un ampli d'autre part qui servira à moduler la haute tension issue du multiplicateur à partir d'une tension de contrôle entre 0 et 10V (le schéma jpg joint).

Le multiplicateur de tension devra être adapté car il donne une tension négative et de valeur un peu trop élevée pour l'ampli. Il conviendrait d'avoir +1000V continu, en accord avec le schéma de l'ampli.

C'est dans le but de valider ne serait-ce que le principe et la faisabilité que je m'adresse à ce forum. Je pense que c'est jouable, mais je peux me tromper lourdement .

Quelqu'un a t'il ne serait-ce qu'une idée de l'ordre de grandeur du potentiel électrique d'une bête règle en plastique chargée, par exemple ?

J'avais visité le lien vers Folimage, cependant je n'y trouve rien qui se rapproche du sujet dont j'aimerais parler, pourrais-tu préciser ? Désolé si j'ai mal lu.

Merci encore.

[Positron1]

Re,
Il y a confusion chez Folimage ,ils utilisent la projection d'encre, ils ne font pas d'appareil !!!

[erff]

Bonsoir,

Quelqu'un a t'il ne serait-ce qu'une idée de l'ordre de grandeur du potentiel électrique d'une bête règle en plastique chargée, par exemple ?

La question n'est pas pertinente ici. Ce n'est pas le potentiel seul qui fait dévier la goutte mais la non-uniformité du champ électrique. Pour que ce système fonctionne, il faut qu'il y ait une dissymétrie que ce soit dans la géométrie des électrodes ou du positionnement des gouttes. La valeur de la tension en elle-même permet de régler l'intensité la force mais il faut que la dissymétrie existe. Une solution pourrait être un fil fin (genre 1mm de diamètre) vertical, entouré d'un cylindre vertical (contre-électrode), à 10cm du fil et connecté à la terre. Les gouttes tomberaient entre les 2 électrodes. À la grosse louche, si on place le fil à 10kV ce qui est proche du max que l'on peut atteindre à pression atmosphérique dans l'air si on ne veut pas avoir de décharge couronne, le champ électrique en USI vaut grossièrement 2200/r (r représente l'éloignement par rapport au centre du fil, en mètres).

La loi physique qui exprime la force électrostatique exercée sur un dipôle est , où P est le moment dipolaire (qui dans ton cas, dépend justement de E, le champ électrique, ce qui complique l'étude théorique et ne me permet pas de proposer une formule simple).

Une piste: en supposant que r est le rayon de la goutte, on peut approximer P par une formule "connue" en supposant que la goutte d'eau possède une permittivité >> 1, ce qui n'est pas très faux. L'ennui est que cela suppose que le champ électrique est uniforme ... et que dans ton application on veut justement un champ non-uniforme. Pour se faire une idée, on pourrait supposer que P est celui qu'on aurait avec un champ uniforme moyen.

En prenant l'exemple de départ, en supposant que la goutte tombe à 1cm du fil et que son diamètre est 1mm je tombe sur une force de 0.5e-12 N (sauf erreur...). Il faudrait appliquer cette force durant environ 5 secondes pour que la goutte dévie de 1cm !

Vu les ordres de grandeur, ça me semble assez compromis.

[bunex]

Bonsoir erff, et merci pour cette réponse musclée !

En croisant ton propos avec ce que j'ai lu ici et ici, et sans prétendre comprendre toute les équations, j'entrevois mieux la situation du problème.

Si je comprends bien, la goutte, qui est globalement neutre, devient un dipôle sous l'influence du champ électrique par orientation des molécules d'eau polaires et déplacements d'ions. C'est ce dipôle qui subit la force que tu décris dans l'équation, n'est-ce pas ? L'analogie avec les électrons de l'oscilloscope n'est donc pas valable. Est-ce juste ?

Le dispositif expérimental que tu décris, sans contester sa validité ni tes estimations numériques aurait le défaut de rendre difficile le pilotage sur deux axes. Par dessus le marché, la goutte met environ 1 seconde pour chuter de 4 mètres de haut (versus les 5 secondes d'influence pour 1 cm...). Donc OK, cela ne peut pas fonctionner ainsi.

Je me risque à une ultime suggestion pour donner une dernière chance aux plaques et à l'ampli HT :
Si la goutte était préalablement chargée avant d'être lâchée ? Ne nous retrouverions-nous pas cette fois dans le cas de l'action d'un champ électrique uniforme sur une particule chargée, c.a.d une force en F = q.E ? (je pense au principe de la peinture électrostatique).

En espérant ne pas avoir dit d'énormités, merci pour l'aide !

[Antoane]

Bonjour,

Déplacé en physique, vous vous y sentirez peut-être moins seuls

N'hésite pas à revenir en élec. pour la mise en oeuvre pratique.

[antek]

Je me risque à une ultime suggestion pour donner une dernière chance aux plaques et à l'ampli HT :
Si la goutte était préalablement chargée avant d'être lâchée ? Ne nous retrouverions-nous pas cette fois dans le cas de l'action d'un champ électrique uniforme sur une particule chargée, c.a.d une force en F = q.E ? (je pense au principe de la peinture électrostatique).

Les imprimantes à jet d'encre industrielles (buses à quelques centimètre du support) fonctionnent ainsi.

[LPFR]

Bonjour.
Le volume des gouttes formées lentement ne dépend que de la densité du liquide, de sa tension superficielle et (un peu) de la forme de l’extrémité du goûteur. Ainsi, avec un compte-gouttes, vous aurez quelques 20 gouttes d’eau au cm³, vous ne pourrez pas faire des gouttes de 0,01 ou 0,001 cm³.
Pour faire des petites gouttes il faut une petite giclée de liquide avec le bon volume et assez de vitesse pour qu’il puisse de décoller du goûteur en vainquant la tension superficielle.
Donc il faut un mécanisme qui crée cette giclée. Dans les imprimantes à jet d’encre elle est crée soit par une membrane piézoélectrique ou par une résistance qui chauffe et crée une bulle de vapeur.

Pour que la goutte soit déviée il faut qu’elle soit chargée. Pour cela il faut que le gicleur soit métallique et soit connecté à une haute tension. C’est au moment où la goutte se forme que l’extrémité non attachée se charge en raison du champ électrique qu’elle voit.

Une fois ces conditions satisfaites (après plusieurs mois de mise au point), la trajectoire de la goutte est calculable en tenant compte de la vitesse verticale initiale, le poids, les forces électrostatiques entre les plaques et (hélas) la résistance de l’air.

Le problème pour avoir des déviations importantes (une dizaine de cm), est que la vitesse latérale de la goutte doit être importante ainsi que sa masse, pour que la vitesse latérale ne se perde pas.
Mais une masse importante de la goutte demande des forces électrostatiques plus importantes, ce qui n’est pas toujours réalisable.

Ce système a été (ou est) employé pour la séparation de molécules marquées en dilution.
On crée des petites gouttes avec une seule molécule en moyenne. On éclaire avec un laser et on regarde la fluorescence. Si elle est la bonne on applique une tension aux plaque déviatrices pour que la gouttelette tombe dans le bon récipient (qui n’est pas loin).

Votre manip est peut-être faisable, avec une bonne équipe de physiciens, ingénieurs et techniciens et avec un bon atelier de mécanique et des moyens financiers. Et des semaines devant eux.

Mais vous ne la ferez pas dans votre cuisine ou votre garage.
Au revoir.

[bunex]

Bonjour,

Je comprends, c'est clairement hors de portée pratique pour moi. Content tout de même de savoir que la chose n'était pas totalement fantaisiste.

Un goutteur piloté en XY par des moteurs ira bien, ma foi.

Un grand merci pour votre temps et ces éclaircissements.