Lampe gravitationnelle

EKO!

https://lowtechlab.dokit.app/wiki/Lampe_gravitationnelle

Dernière modification le 09/02/2025

Difficulté

Medium Moyen

Durée

5 hour(s) heure(s)

Coût

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.

Sommaire

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.

Outils & Matériaux

Matériaux

🔩 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).

Outils

🛠 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.

Étape 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.

Étape 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).

Étape 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.

Étape 4 - Préparation des poulies secondaires

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

Étape 5 - Assemblage des poulies secondaires

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

Étape 6 - Impression 3D des guides pour roulements

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

Étape 7 - Montage final des poulies secondaires

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

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.

Étape 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.

Étape 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.

Étape 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 et références

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).

🔹 Inspirations et technologies utilisées

• Technologie low-tech : Basée sur les principes du Low-Tech Lab, qui documente des innovations accessibles, durables et autonomes.
• Éclairage gravitationnel : Inspiré du concept de GravityLight (Deciwatt), une solution qui exploite 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, qui encourage le partage des connaissances et l’amélioration collaborative. Utilisation de licences comme la CERN Open Hardware License et la CC BY-SA.

🔹 Optimisation et axes d’amélioration

⚡ Efficacité énergétique

• Tester différents générateurs (dynamos de vélo, moteurs DC) pour maximiser la production électrique.
• Optimiser la transmission mécanique avec des engrenages et poulies bien calibrés pour exploiter au mieux la descente du poids.

🔋 Optimisation de l’éclairage et du circuit électrique

• Ajouter un régulateur de tension ou un condensateur pour stabiliser l’éclairage.
• Utiliser des LED basse consommation adaptées aux faibles tensions pour prolonger l’autonomie.

🔩 Robustesse et fiabilité du mécanisme

• Utiliser 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) pour adapter l’autonomie selon les besoins.

🔋 Autonomie et stockage de l’énergie

• Ajouter un condensateur ou une batterie tampon pour éviter les interruptions brusques.
• Explorer une option hybride solaire + gravité pour une meilleure autonomie.

🌍 Éco-conception et accessibilité

• Utiliser des matériaux recyclés ou facilement disponibles localement.
• 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.

🔹 Références complémentaires

• Low-Tech Lab – Plateforme de documentation sur les technologies low-tech.
• GravityLight – Projet de lampe gravitationnelle déjà existant.
• 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.

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