Le polarimètre est un instrument de laboratoire utilisé pour déterminer l'angle d'activité optique d'une lumière polarisée passant à travers un échantillon de liquide ou de solide créé par Dominique Jean François Arago en 1841. A cette époque, il n'y a aucune connaissance en informatique permettant à l'expérimentateur de traduire les résultats qu'il obtenait directement. De nos jours, il est beaucoup plus simple de les obtenir en plaçant l'échantillon directement dans la zone appropriée et en relevant les données sur un écran.

• *Dans cette page, nous détaillerons les procédés de constructions et de programmation que nous effectuerons pour réaliser ce projet.

  Pour la réalisation de notre polarimètre laser, nous avons besoin :

  • d'une diode laser
  • d'une photodiode
  • d'un polariseur
  • d'un analyseur
  • de 4 cuves
  • de 2 arduino
  • d'un tube produit par impression 3D (puis remplacé par PVC pour raisons techniques)
  • de 2 moteurs pas à pas

  Pour commencer, nous utiliserons le tube que l'on aura produit grâce à l'imprimante 3D (celui en PVC finalement) mis à notre disposition au FabLab et nous placerons à l'une des extrémité la diode laser qui, lorsqu'elle sera allumée, traversera le tube et touchera la photodiode placée à l'autre extrémité. A l'intérieur du tube sera placé le premier polariseur qui aura pour but de polariser le laser linéairement. Plus loin, on placera l'analyseur qui aura pour rôle de laisser passer ou non la lumière en fonction de l'angle qu'il forme avec le polariseur. Pour cela, on utilisera un moteur pas à pas fixé à l'analyseur par le biais de deux engrenages. Le deuxième moteur pas à pas sera fixé à la plaque tournante pouvant accueillir les 4 cuves que l'on veut analyser. Le but du binôme informatique est de réussir à trouver, à la fin de l'analyse, l'angle α qui sera produit lorsque la lumière polarisée aura traverser la cuve et d'en déduire s'il s'agit d'une molécule R ou S (cf polarimetre-chimie). Pour cela, voici les différentes étapes que nous avons mis en place : - Allumer la diode laser. - Le faisceau lumineux passe à travers le polariseur et l'analyseur. - La photodiode, relié à l'arduino, détecte alors qu'il y a une source lumineuse déclenchant ainsi le moteur pas à pas faisant tourner l'analyseur de manière à ce qu'aucune source lumineuse soit détecter par la photodiode (le polariseur et l'analyseur sont positionner de manière orthogonale). - On introduit la/les cuve(s) dans l'/les espace(s) dédié(s). - Un changement d'angle est alors détecter par la photodiode (l'espèce présente dans la cuve entraîne une modification de l'angle α) qui détecte de la lumière. - Le moteur pas à pas se met alors à tourner entraînant la rotation de l'analyseur afin que plus aucune lumière soit détecter par la photodiode. - On force le moteur pas à pas à tourner dans un sens. Si au bout de 90 degré, le polariseur et l'analyseur ne sont pas orthogonaux, on le fait tourner dans l'autre sens jusqu'à obtenir l'orthogonalité de ces deux éléments. Suivant le sens dans lequel le servomoteur à tourner, on peut en déduire l'angle α et le type de molécule (R ou S). - Lorsque l'analyse du premier échantillon a été effectuée, on reproduit les étapes précédentes pour les autres échantillons en ayant au préalable fait tourner la plaque tournante à l'aide du second moteur pas à pas pour qu'un nouvel échantillon soit analyser. - Pour obtenir l'angle α, on pose le calcul suivant : Voici un petit tutoriel sur le fonctionnement du Motor Shield: http://www.instructables.com/id/Arduino-Motor-Shield-Tutorial/?ALLSTEPS

  • *Et voici le programme afin de faire fonctionner le polarimètre. -Programmation </WRAP> —- ==== L'arduino: ==== L'arduino est le composant le plus important de notre machine.Il s'agit du seul composant qui communiquera avec l'ordinateur et qui permettra la programmation de notre appareil. Il existe de nombreux type d'arduino, certain étant plus cher que d'autres… Pour mener à bien notre projet de conception, le pmclab nous fourni un arduino. Le prix moyen est de 25€ mais le labo en fabrique à moindre coup. voila donc une photo d'un arduino uno. De plus il est possible de coupler un composant, nommé “motor shield” à un arduino afin d'alimenter les moteurs pas à pas. Dans notre cas nous utiliserons deux motor shield afin d'alimenter 2 moteurs qui nous serviront au bon fonctionnement du polarimètre. cette photo représente un composant “ motor shield” qui se connecte à un arduino classique par superposition. —- ==== L'arduino, les moteurs shield et le polarimètre: ==== Pour la conception de notre polarimètre nous avions tout d'abord penser à ne prévoir qu'un seul emplacement pour les cuves à solution. Cependant il nous est apparu beaucoup plus intéressant d'introduire un plateau tournant équipé de 4 emplacements à cuve. D'un point de vu technique le projet gagne ainsi en complexité et d'un point de vu scientifique il est beaucoup plus pratique de pouvoir comparer plusieurs échantillons de solution en même temps sans avoir à changer la cuve, cela représenterait une perte de temps plus ou moins conséquente. Ainsi nous équiperons notre polarimètre d'un moteur pas à pas supplémentaire (le premier étant utilisé pour faire tourner l'analyseur). Ce moteur pas à pas sera directement connecter et alimenter par l'arduino uno par le biais d'un motor shield. Le programme de l'arduino permettra ainsi au moteur pas à pas de faire tourner la plaque tournante petit à petit afin que le laser passe successivement à travers chacune des cuves.

    Comme dit plus haut, nous avons donc 2 moteurs pas à pas reliés à l'arduino par le biais de motor shields. L'un servira à faire tourner pas à pas la plaque tournante des cuves et l'autre servira à faire tourner pas à pas l'analyseur. En effet pour que l'analyse du vecteur du faisceau lumineux soit optimal il faut que l'analyseur tourne autour du faisceau lumineux émergeant des cuves.

    —- ==== Maître / Esclave ==== Comme décrit plus haut, notre polarimètre est équipé de 2 moteurs pas à pas, l'un pour faire tourner le plateau de cuves et l'autre pour faire tourner l'analyseur. Cependant nous utilisons des arduinos uno** sur lesquels on ne peut fixer qu'un seul motor shiel, cela nous oblige à utiliser 2 arduinos uno et 2 motors shild, afin de pourvoir alimenter nos 2 moteurs.

  

  Les arduinos communiqueront ensemble, l'un sera désigné comme le maître et l'autre comme l'esclave, en effet dès que l'un aura fini sa tâche, l'autre activera son moteur pas à pas et ainsi de suite.

  Il est possible de n'utiliser qu'un seul arduino pour réaliser ce circuit, mais il s'agit d'un tout autre modèle, en l'attente de l'obtenir nous resterons sur un montage avec 2 arduinos.

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