OsmoHall
par Francis Beelaert, Thierry Trinel et Roger Fournier

Extrait des "Lettres récifales" nr 8 - mars 1998

"Mais qu'est ce que c'est donc que çà " ???
C'est un dispositif destiné à compenser l'évaporation de nos aquariums, environ 1 litre par centaine de litre et par jour pour un bac ouvert.
Cette compensation est nécessaire pour respecter la stabilité des échanges osmotiques des poissons et des invertébrés. Seule l'eau pure s'évapore, la concentration en sels minéraux augmente, forçant une lutte constante et active des organismes, impliquant une dépense d'énergie supplémentaire, prélevée sur le métabolisme des animaux.

Avantages:
Pratique
- Evite la corvée quotidienne de compensation de l'évaporation
- Faible encombrement
Respect de nos animaux
- Ajout de l'eau osmosée par petite dose (très important si l'on utilise un réacteur à Hydroxyde de calcium, le PH de la solution saturée est de 12,4 et peut faire évoluer dangereusement le PH au-dessus de 8,6 limite pour un bac marin). Des ajouts de strontium, d'iode, fer, engrais, oligo-éléments peuvent être réalisés d'une façon automatique et en toute sécurité.
- Capteur et support en matériaux de qualité alimentaire.
Sécurité
- Fonctionne en 12 volts
- Séparation optique entre l'électronique et l'alimentation 220 volts de la pompe d'eau osmosée
Fiabilité
- Aucun contact électrique (pas d'ILS ni de relais)
- Protection de la pompe de compensation, quand la réserve d'eau est vide (ça arrive), par une marche de 10 secondes, arrêt: 1 minute.
Performant
- Faible hystérésis 2 mm environ.
- Peu sensible au brassage

Désavantage:
Pas assez cher mon fils ! (10  environ)

Ce dispositif, conçu par le Cercle Aquariophile Andrésien a fait l'objet de 2 séances de bricolage en octobre 97, 15 exemplaires y furent construits.
Avant de rentrer dans le "hard" du sujet une explication de Thierry Trinel sur le phénomène de l'osmose.

L'OSMOSE

L'osmose est un phénomène qui se retrouve à différents niveaux. C'est un phénomène naturel qui concerne à la fois les végétaux et les animaux. Les poissons et les plantes sont constamment en relation avec les différents paramètres de leur environnement. En effet les poissons qu'ils soient marins ou d'eau douce tentent de maintenir les cellules de leurs téguments en déséquilibre avec le milieu aquatique qui les entoure. En effet, la concentration interne des cellules est différente de la concentration du milieu extérieur. Une variante de l'osmose est utilisée pour la purification de l'eau (adoucissement, stérilisation, concentration de molécules, etc ... ), c'est l'osmose inverse.

Le principe de l'osmose est le suivant: Soit deux milieux liquides, de concentrations différentes, séparés par une membrane semi-perméable (membrane qui à une porosité telle qu'elle ne se laisse traverser que par certaines molécules). Dans ce cas précis, la pression osmotique est différente dans les deux milieux, et il va finir par s'établir un équilibre de pression osmotique entre les deux solutions différentes. Etant donné que la membrane de séparation ne se laisse pas traverser par les molécules présentes dans le milieu 1, la seule solution pour rétablir l'équilibre osmotique est qu'un flux d'eau se crée du milieu 2 vers le milieu 1. Ceci afin de diluer le milieu 1 jusqu'à l'obtention de l'équilibre osmotique.

Le schéma suivant permet de comprendre ce principe.

Ce principe qui se retrouve dans la nature chez tous les êtres vivants est l'osmose directe. C'est un phénomène totalement passif, il ne nécessite aucune énergie.
Un autre phénomène lié à l'osmose est l'osmose inverse. Le principe des transferts de flux est le même, mais cette fois une énergie extérieure (ici une pression) est exercée sur la solution 1. Ceci permet de lutter contre la tentative naturelle d'équilibrage des pressions osmotiques et permet donc d'inverser le flux naturel. Une augmentation de la concentration du milieu 1 a lieu, et l'eau qui se déplace à travers la membrane vers le milieu 2 est de l'eau purifiée.

Le dessin suivant explique ce phénomène.

Ce système est appelé l'osmose inverse. Ce n'est pas un phénomène naturel et il nécessite un apport énergétique extérieur pour inverser le flux naturel. Ce système est beaucoup utilisé dans l'industrie et en l'aquariophilie.
Le principe de l'osmose directe ou naturelle se retrouve au niveau des poissons d'eau douce et des poissons marins. En effet, les poissons qu'ils soient d'eau douce ou d'eau de mer ne sont pas en équilibre avec leur milieu environnant. Dans le cas des poissons d'eau de mer, ils se trouvent dans un milieu qui est nettement hypertonique (très concentré) par rapport à la concentration interne de leurs cellules (on dit qu'ils sont hypotoniques par rapport à leur environnement). L'équilibre osmotique n'est donc pas respecté et donc un flux naturel se met en place, ce qui comme nous l'avons expliqué plus haut provoque une perte d'eau constante au niveau de leurs téguments (ceci pour essayer de rétablir l'équilibre). Pour compenser cette perte, les poissons marins boivent de l'eau de mer qui passe dans leur sang au niveau de l'intestin. L'excès de sels absorbés est évacué par un transport actif (qui nécessite de l'énergie, contrairement au phénomène d'osmose) au niveau des branchies.
Les poissons dulçaquicoles (d'eau douce) sont quant à eux dans un environnement hypotonique par rapport à la concentration interne des cellules de leurs téguments. On dit donc qu'ils sont hypertoniques. Nous avons donc dans ce cas une entrée d'eau et une perte de sels pour maintenir l'équilibre osmotique qui tente dans tous les cas de s'établir. L'eau est ensuite éliminée par les reins (urine) et les sels sont récupérés soit par voie alimentaire, soit grâce à un transport actif au niveau des branchies qui absorbent des sels venant de l'eau ambiante.

Les deux schémas suivants expliquent ces différents transferts de fluides.

Thierry Trinel

L'osmose est une des raisons qui nous oblige à :
- maintenir aussi stable que possible la minéralisation de l'eau
- faire des ajouts (changement d'eau, hydroxyde etc.) très progressivement et très lentement.
- "acclimater" nos nouveaux venus avant de les "lâcher" dans leur nouvel habitat.

Où l'on retrousse ses manches

Osmohall se compose
- d'un capteur
Un flotteur
Un guide flotteur
Un support capteur
Un circuit intégré à effet Hall
Un câble de liaison avec l'électronique
- d'un circuit électronique logé dans un boitier-prise
- d'un support pour l'ensemble capteur

1) Flotteur. Fig: 1
Usinez un bouchon PVC pression de diamètre 20 mm pour obtenir un diamètre extérieur de 27 mm.
Fig:2 Fabriquez un rond en plexi de diamètre 27 mm épaisseur 2 ou 3 mm sur lequel on collera à la super-glue, au centre, un aimant de 10 x 13 mm (genre aimant de détecteur d'ouverture pour alarme domestique). Ce rond sera lui même collé sur le bouchon de 20 mm, la super-glue fera encore l'affaire (attention au collage, un petit coup de papier abrasif s'impose). L'aimant sera hermétiquement emprisonné à l'intérieur de ce bouchon et commandera le capteur hall.
2) Guide du flotteur. Fig:3
Coupez 60 mm de tuyau diamètre 32 mm épaisseur 1,6 mm. Effectuez une découpe de la forme indiquée de part en part afin de pouvoir y glisser la pièce Fig:4 et le tuyau de silicone de 6/4mm.
3) Support capteur. Fig:4
Fabriqué en plexi ou PVC de 4 mm, 4 taraudages pour la fixation des 2 petites brides Fig:5 et 6. Ces brides assurent d'un coté l'herméticité du tuyau de silicone et de l'autre de serre câble, immobilisant le câble (3 fils), la position centrale et l'orientation du capteur (une des faces du capteur réagit au pôle nord d'un aimant l'autre au sud, il est donc impératif de l'orienter avec le flotteur 1).

Montage de l'ensemble guide flotteur.
Le flotteur sera glissé dans son guide (aimant vers le capteur Hall) et maintenu par une bague de blocage (Fig:7), fabriquée dans tuyau de diamètre 32 mm et de 5 mm de hauteur, coupée pour permettre son introduction à l'intérieur du guide, son élasticité l'y maintiendra. Elle restera dans le haut de celui-ci pour laisser le flotteur monter et descendre dans le tuyau de 32 mm.

4) Pièce d'assemblage et de règlage. Fig:8
Une plaque de PVC de 10 mm d'épaisseur sera usinée et percée comme indiqué, elle permettra de faire coulisser le guide flotteur sur un tuyau de diamètre 20 mm Fig:9 (ajuster pour un coulissement facile tout en permettant la fiabilité du réglage).
5) Support d'ensemble
Le support, permettant la fixation de l'ensemble dans le compartiment où se trouve la pompe de remontée de l'eau du bac (ou de tout autre récipient dont on souhaite régler le niveau d'eau), sera composé de:
Un tube de 20 mm (Fig:9) d'une longueur appropriée, coupé en biseau et percé d'un trou de 4,5 mm à chaque extrémité, pour permettre la fixation d'une ventouse (vis Nylon de 4 mm dont la tête rentrera dans le logement de la ventouse, au besoin à l'aide d'Holdfast on peut augmenter le diamètre de la tête) et la fixation par vis Nylon sur le support 7.
Support Fig:10 Assemblage par collage de pièces en plexi ou PVC, prévoir un taraudage pour la vis Nylon de 4 mm servant à la fixation du tube de 20 mm.
La pièce Fig: 10 sera posée à cheval sur le haut de la vitre du compartiment de remontée, la ventouse maintenant le tout contre cette vitre.

Electronique

Alimentation
Très simple, un transformateur 9V suivi d'un pont redresseur, une capacité de filtrage et c'est tout! Aucune régulation, les composants utilisés sont à très large tolérance à ce niveau.
Temporisateur
Un " vulgaire " 556 mène la cadence, c'est à dire exploration de l'état du capteur toutes les minutes et pendant 200 ms, deux solutions:
Niveau correct: on ne fait rien et on repassera dans une minute
Manque d'eau: la pompe de compensation d'évaporation est mise en route jusqu'à compensation. Si ce travail n'est pas accompli dans un temps maximum de quinze secondes, on repassera dans une minute etc...

Capteur
Un circuit intégré exploitant l'effet Hall (Effet des forces de Lorentz sur un semi-conducteur). Ce capteur est à orienter, une face réagit au pôle nord de l'aimant, l'autre au pôle sud. Le câbler comme indiquer sur le schéma de principe. Un câble de 3 conducteurs y sera soudé, du câble en nappe (bus informatique) convient très bien. Ce câble et le capteur seront " enfilés " dans un tuyau de silicone. Pas de fausse économie sur la qualité de ce tuyau, l'étanchéité du capteur en dépend, (voir adresse dans la liste des composants). Il vous faudra utiliser un passe fil (fil électrique rigide de 1,5 mm par exemple) et tirer ensuite les 3 fils souples.
Relais statique
Un Motorola, pas cher et il commute 2A sous 220v au zéro de la sinusoïde.
Câblage
La partie électronique tient dans un boîtier-prise, en sort un câble avec prise femelle pour commander la pompe de remplissage et le tuyau de silicone avec ses trois fils, alimentant le capteur. Sur le couvercle, faire 2 trous pour le passage des leds
- Led verte
- Eclairage faible: OsmoHall est sous tension.
- Eclairage fort: manque d'eau.
- Led rouge: la pompe de compensation est en marche.

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Eglinsdoerfer-Pfohl - 7 rue Curie ZI Nord 68000 Colmar - 03 89 230 575
Selectronic - 86 rue de Cambrai 59022 Lille - 03 28 550 328
Conrad - 4 rue Colbert 59861 Lille - 03 20 128 888

RECTIFICATIF CONCERNANT L'OSMOHALL

Sur le schéma de câblage, une erreur de traçage : Le fil du bas partant de la borne inférieure du boitier est à relier au 2e point sur la plaque en partant de la gauche (dans la rangée du bas). Attention, si vous effectuez le montage tel qu'indiqué sur le schéma de câblage, vous allez provoquer un court circuit 220V car les 2 fils du boîtier rejoignent la même piste.
Avec ce petit changement, après avoir consulté les concepteurs de l'Osmohall, je peux vous garantir que cela marche. Les 2 exemplaires sont en fonction et donnent satisfaction (et je ne suis pas expert en électronique).
Daniel Kohle

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