FablabSU

<fc #4682b4>Mercredi 25/01/2017 - $\large1_ere$ réunion</fc>

Nous nous réunissons le premier mercredi 25/01 de 10h à 12h pour bien prendre note des instructions et du pdf d’organisation. Nous nous répartissons les taches et créé un DropBox. Nous avons réservé un box tout les mercredis matin de 9h à 13h pour le mois de février. Nous attendons toujours la validation de notre projet mais nous essayons de prendre de l’avance et de commencer le plus tôt possible à travailler. Pour mercredi prochain, chacun doit bien s’informer et se documenter sur la théorie de notre projet afin d’avoir bien tout comprit pour la prochaine réunion. Sara doit prendre contacte avec un chercheur qui travaille sur notre sujet. Nous nous entendons très bien, il y a une bonne ambiance et l’atmosphère est détendue. Tout le monde à l’air motivé et content du choix de notre sujet, même si il a l’air un peu compliqué. Nous attendons notre réunion avec le chercheur Jean Louis THOMAS pour voir si la pince acoustique est concrètement réalisable dans le temps imparti.

<fc #4682b4>Mercredi 01/02/2017 - Prise de contacts</fc>

Nous nous réunissons le mercredi 01/02 de 9h à 13h. Le chercheur ne nous a toujours pas répondu, nous avons renvoyé un Email et allons attendre une semaine de plus. S’il ne répond pas d’ici là, nous essaierons d'aller le voir directement dans son bureau, qui se situe sur le campus. Nous sommes en train de revoir notre objectif. Nous avons essayé de comprendre la physique (les différents phénomènes physiques mis en jeu) qui se cache derrière ce principe : Forces, Lois Physiques, Le principe même de pince. Après avoir fait face à cette réflexion on s’est mit d’accord que faire léviter un objet est notre priorité, d’un point de vue technique mais nous n’abandonnons pas l’idée de la pince acoustique. Nous construirons la pince acoustique si on ne prend pas trop de temps sur la lévitation et si nous obtenons les informations nécessaires à sa construction.

Nous venons d’apprendre ce matin que nous changeons de responsable d’UE pour être avec Thierry DUFOUR. Nous avons regardé les prix des transducteurs piézoélectriques nécessaires à la construction de la pince : le coût des nombreux transducteurs serait excessivement cher. Nous sommes allé au FabLab afin de voir si il y a des transducteurs de 60W dans l’ultrasonore. Nous avons rencontré Mr Christian SIMON qui nous a donné des idées pour réaliser la pince avec nos moyens. Nous avons appris qu’un étudiant a déjà essayé de construire le dispositif de lévitation acoustique au FabLab en 2014. Il s’est heurté à beaucoup de problèmes pour au final réaliser l’expérience avec succès. Nous allons prendre contacte avec lui pour en parler afin d’être le plus efficace possible due au peu de temps dont nous disposons. Mr Christian SIMON nous a aussi apprit l’existence du SoundLazer dont le fonctionnement pourrait nous intéresser afin de comprendre comment diriger une onde sonore. Ceci nous aidera pour la réalisation de notre pince.

Nous avons appelé l’étudiant, Andreas FERON, et nous allons le rencontrer mercredi prochain dans son école (Polytechnique).

<fc #4682b4>Mercredi 08/02/2017 - Schéma de principe</fc>

Nous nous réunissons le mercredi 08/02 de 10h à 13h. Andreas FERON a annulé le rendez-vous de ce matin car il a beaucoup de travail. Cependant, il nous a proposé une entrevue via Skype mercredi soir (ce soir). De plus, le chercheur nous a finalement répondu et nous le retrouvons à 14h aujourd’hui pour l’interviewer. Ce matin nous préparons nos questions. Elles sont principalement sur le matériel et le fonctionnement de la pince (le chercheur travaille sur la pince acoustique contrairement à Andreas).

Notre rendez-vous s'est bien passé, nous avons bien comprit le fonctionnement de la pince. Cependant, comme nous n'avons pas de laboratoire et pas assez de temps, le chercheur nous a conseillé de nous focaliser sur la lévitation acoustique plus que sur la pince. Nous avons passé l’après-midi à chercher une formule qui nous indiquerait la puissance que peut recevoir le transducteur, pour quel amplificateur… Nous n'avons pas trouvé.

<fc #4682b4>Vendredi 10/02/2017 - Réunion avec notre tuteur</fc>

Nous avons eu rendez-vous avec notre tuteur le Dr Thierry DUFOUR à son laboratoire de l'UPMC. Lors de cette réunion nous en avons profité pour bien définir notre projet avec lui. Nous avons discuté des différentes difficultés rencontrées et comment y pallier. Nous avons également mis au point notre méthode de recherche et sur quoi se focaliser en premier afin de bien démarrer nos travaux.

Il nous a conseillé des sources et nous nous sommes orientés sur un axe principal de recherche, qui s'avère accessible en regard de notre niveau d'étude: la lévitation acoustique, qui est l'origine de la pince acoustique. Enfin nous avons fixé nos besoins matériels et financiers.

Il nous faut maintenant commencer les phases de tests.

<fc #4682b4>Mercredi 15/02/2017 - $\large1_ers$ calculs</fc>

Aujourd'hui, chacun a une tache différente pour être plus efficace. Stéphane continue de chercher des ressources sur la lévitation acoustique et sur le principe de l'amplificateur ultrasonore intervenant dans le montage expérimentale. Sara et Fabrice continuent leurs recherches mathématiques pour déterminer les conditions initiales (fréquence à utiliser, puissance de sortie à la sortie du générateur, à partir de la taille de la goutte d'eau), afin de choisir le bon transducteur piézoélectrique. Nicolas met à jour le wiki et envoie des mails à des chercheurs de l'IRCAM (L'Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique).

• *Calcul de la puissance acoustique: $\largel_p_10._log_10_frac_p_2p_0_2)}}$ $\large{(\fracp_2p_0_2)={10}^\fracl_p{10}}$ <fc #6495ed>or</fc> $\largep_0_2._10_-5_pa_quad_et_quad_l_p_165d_fc}$ $\largep_sqrt_4._10_-10_.10_16_5}$ $\largep_2000w_le_resultat_est_faux_il_y_a_un_probleme_avec_les_dimensions._une_pression_trop_elevee_nous_aurions_du_trouver_une_valeur_proche_de_100w._wrap_wrap_center_round_box_100_fs_large_fc L’ambiance est bonne (surtout avec une plaquette de chocolat ). Nous avançons vers quelque chose de concret. Chaque membre est impliqué et intéressé par le projet. L’amplificateur est une partie importante de montage expérimental. La puissance sonore doit être entre 140 et 165 dB. Pour obtenir cette puissance, nous devons avoir un générateur professionnel, chose dont nous ne disposons pas. Nous allons donc amplifier l’énergie fournie par la source d’alimentation avec l’amplificateur. Il faudra aussi faire attention à la puissance sonore, même si elle ne s’entend pas, il faut protéger nos oreilles. Nicolas a posé des questions à Maxim HARAZI concernant la protection et il nous conseille des bouchons d’oreilles ou des casques de chantier. Nous rassemblons aussi toutes nos sources de travail depuis le début sur le wiki. Nicolas ira chercher des soucoupes japonaises pour faire office de réflecteur. Le rapport idéale diamètre/profondeur est de 6,95. Le Fablab étant fermé ce matin, Stéphane ira demain afin de vérifier quels matériaux sont disponibles. Nous avons fait une liste du matériel et Stéphane, étant le seul en électronique, se charge de discuter avec ses professeurs de la réalisation du montage de l’amplificateur. Nous achèterons le polystyrène expansé dans la semaine. Fabrice va continuer d’apprendre à coder en LaTeX et Sara va continuer de faire ses recherches expérimentales. </WRAP>

  <fc #4682b4>Mercredi 01/03/2017 - Principes physiques et électroniques</fc>

  Aujourd’hui nous avons commencé par faire un rapide point sur la liste des tâches à accomplir et nos avancées par rapport au diagramme de Gantt. Nous sommes dans les temps. Nous avons par la suite fait un point matériel (inventaire, achat,..) pour commencer au plus vite la réalisation de l’amplificateur de puissance. C’est Stéphane qui était en charge de la compréhension du circuit électronique ci-joint (cf. photo), ainsi que de l’inventaire des composants électroniques du circuit, vu qu’il a plus de facilités dans ce domaine (et qu’il est en mineure électronique). Stéphane n’ayant pas pu venir à la réunion d’aujourd’hui, étant malade, il nous a transmis la liste via le DropBox. Plusieurs des composants sont à commander sur Internet, et quelques-uns à demander à des laboratoires car trop chers à l’achat. Nous en parlerons donc vendredi avec notre tuteur lors de notre réunion habituelle.

  

  Nous avons également eu la visite du chef de projet du Tube de Rubens (Charles) pour avoir des renseignements sur l’achat de polystyrène expansé, dont ils ont besoin pour leurs expériences. Ayant déjà acheté une plaque de polystyrène expansé (~1m de longueur) nous avons convenu de leur en donner une partie, pour leur éviter d’en acheter à leur tour, étant donné que nous en avons beaucoup. Lors de cette visite, nous avons échangé sur l’avancée de nos projets respectifs ainsi que sur certaines formules théoriques communes telles que la pression acoustique. Nos deux projets utilisent le principe des ondes stationnaires.

  Après le point de début de séance sur le diagramme de Gantt ainsi que le matériel. Nous avons continué nos calculs théoriques dans le but de préciser nos conditions initiales expérimentales (cf. photo 1 et 2). Nous avons dégagé les pistes théoriques suivantes :

  

  

  <fc #4682b4>Vendredi 03/03/2017 - Rendez-vous</fc>

  Nous avons eu rendez-vous avec le tuteur. Nous lui avons expliqué notre découverte de la veille : le matériel nécessaire à la construction de l’amplificateur coute excessivement cher. Stéphane a proposé de demander aux laboratoires de Jussieu si ils sont en possession des pièces pour construire l’amplificateur et si ils peuvent nous les prêter. Nous avons besoin d’un plan B et nous commençons à rechercher des solutions alternatives. Pourquoi pas faire la lévitation acoustique dans l’eau ? Nous aurions besoin de moins de puissance et donc l’amplificateur ne serait pas forcément nécessaire. Pourquoi pas mettre en évidence les ventres et les nœuds ? Nous avons un contacte à l’IRCAM, peut-être accepteraient-ils de nous prêter un amplificateur de puissance, s’ils en possèdent un.

  <fc #4682b4>Lundi 06/03/2017 - Conseils d'un enseignant</fc>

  Sara et Nicolas sont allés parler à l’enseignant, chargé de TD, pour éclaircir quelques raisonnements. Il nous a introduit la poussée d’Archimède que nous n’avions toujours pas prise en compte. Il nous a expliqué plus en détail le fonctionnement du transducteur et qu’est-ce que le polystyrène expansé. Nous avons décidé d’attendre mercredi pour y réfléchir tous ensemble et l’intégrer à nos recherches.

  <fc #4682b4>Mardi 07/03/2017 - Transducteur commandé</fc>

  Nouvelle excellente : Nous avons accès à l’IRCAM pour utiliser un amplificateur de puissance ! Nous irons dès que nous recevrons le transducteur.

  <fc #4682b4>Mercredi 08/03/2017 - Approfondissement des recherches</fc>

  Nous faisons le point sur les taches d’aujourd’hui autour d’une orange (rupture de stock de chocolat) : Sara met à jour le diagramme de Gantt, Nicolas et Fabrice mettent à jour le wiki. Nous travaillons tous ensemble sur les calculs. Nous planifions nos actions à venir.

  Nous allons avoir tout le matériel à disposition pour réaliser la lévitation acoustique. Nous préparons l’étude expérimentale : pour commencer nous voulons mettre en évidence l’onde stationnaire en «photographiant l’onde acoustique». Il serait intéressant d’avoir de l’azote liquide pour les photographies. Ceci nous permettra de mettre en évidence les nœuds et les ventres de pression.

  Grâce aux formules complétées par notre enseignant de TD nous cherchons à expliquer par le phénomène de notre projet les équation d’ondes de pression acoustique.

  Nous devons absolument commencer à construire la structure qui comprend le transducteur et le réflecteur amovible pour être prêt à commencer les expériences dès que le transducteur sera arrivé.

  Nous n’avons pas eu le temps de rédiger l’introduction de l’article.

  <fc #4682b4>Mercredi 15/03/2017 - Approfondissement sur les caractéristiques du matériel</fc>

  Stéphane est allé au département ingénierie d’Esclangon pour avoir des renseignements sur le matériel (composants électroniques du circuit). Le responsable logistique du bâtiment lui a expliqué qu’il n’a pas les transistors (PMOS et NMOS) de puissance nécessaire pour la réalisation du pont H. De plus le département d’ingénierie ne possède pas le type de résistance indispensable pour l’électronique de puissance. En effet, le matériel de TP mis à disposition n’est pas adapté pour la réalisation de l’amplificateur de puissance.

  Fabrice met au propre les formules théoriques de la semaine dernière sur le wiki. Sara fait de même avec les formules de la séance du 15.02.17.

  Le chef du projet Tube de Rubens (Charles !) est venu nous rendre visite. Ils n’ont finalement plus besoin de notre polystyrène expansé, ils en ont acheté sous forme de bille. Il nous a d’ailleurs proposé d’en prendre si besoin pour l’expérience. Nous faisons le point sur le matériel et nous nous posons la question sur la concavité de notre réflecteur. Nous allons imprimer en 3D le réflecteur. Nicolas s’occupe de faire les calculs adéquats pour coder sur OpenScad à partir du rapport diamètre/profondeur de 6,95 (pour le réflecteur).

  Nous discutons également de la fabrication du support amovible. Plusieurs dispositions sont proposées. Nous irons acheter le matériel suivant au Fablab : 4 vis sans fin, une planche de bois, du plexiglas. La recherche du matériel nous a donné l’idée de faire l’expérience de lévitation avec différents matériaux pour le réflecteur : plexiglas, plastique, miroir, etc, en tant que possible étude expérimentale. Nous rédigeons maintenant l’article (l’introduction). Nous avons eu quelque doute quant au titre, que nous laissons en suspens pour le moment.

  Nous cherchons l’épaisseur e de la spirale pour la fabrication de la lentille acoustique nécessaire à la création d’un vortex acoustique. Nous partons de la formule suivante :

  $\large{{\Delta}{\varphi}={\frac{{2}{\pi}.{\Delta}{n}.{e}}{{\lambda}}}}$

  <fc #6495ed>soit</fc>

  $\large{{e}={\frac{{\Delta}{\varphi}.{\lambda}}{{2}{\pi}.{\Delta}{n}}} \quad or\quad {\Delta}{\varphi}={\frac{{\pi}}{{2}}}}$

  <fc #6495ed>donc</fc>

  $\large{{e}={\frac{{\lambda}}{{4}.{\Delta}{n}}}}$

  Nous cherchons la biréfringence Δn du plastique sur internet, mais nous ne la trouvons pas.

  <fc #4682b4>Vendredi 17/03/2017 - Construction du support</fc>

  Nicolas a construit le support avec le réflecteur au FabLab. Il contient 3 vis sans fin, 12 écrous, une planche en bois pour le support qui accueillera le transducteur et une plaque en plexiglas en tant que réflecteur.

  

  

  <fc #4682b4>Lundi 20/03/2017 - Expérimentations à l'IRCAM</fc>

  Nous sommes allé ce matin à l’IRCAM où nous avions rendez-vous avec Jérémie BOURGOGNE, un chercheur de l’établissement. Il nous a prêté une carte son et l’amplificateur. Nous avons apporté des fils, le transducteur, le support, un ordinateur, des bouchons d’oreille et différents matériaux à faire léviter.

  

  

  

  Nous avons commencé par envoyer une onde sinusoïdale ultrasonore générée par l’ordinateur. Le problème c’est que nous ne savions pas avec exactitude la fréquence envoyée, le logiciel (Ableton Live) ne le précisant pas. Nous nous sommes rendu compte dès le début qu’il y avait une force statique due au plexiglas (réflecteur) qui agissait sur notre petite bille de polystyrène lorsque nous l’approchions trop près. Nous avons donc fait les tests plus proches du transducteur.   Nous avons passé 1h à effectuer des tests, en faisant varier:

  • les objets à faire léviter
  • la distance transducteur ↔ réflecteur
  • la fréquence ultrasonore envoyée (encore une fois, incertaine)

  

  

  

  Nous avons aussi tenté de mettre en évidence les ventres et les nœuds à l’aide d’eau savonneuse (une pellicule de savon). Sans résultat

  

  Nous avons vérifié que le transducteur fonctionnait correctement : Nous entendions des fréquences ultrasonores (proche de 17KHz d’après la fiche technique) lorsque nous les générions et elles s’arrêtaient lorsque nous les coupions. Nous avons changé de logiciel pour générer l’onde: sur Audacity nous pouvons pu choisir quelle fréquence envoyer. Le maximum était de 22.5KHz.

  Nous nous sommes rendu compte que lorsque nous envoyions une onde sonore avec une fréquence de 22.5KHz, l’amplificateur ne reconnaissait pas le signal.

  Nous avons donc compris d’où venait le problème : notre transducteur à une fréquence de résonance à 28KHz et nous ne pouvons pas lui envoyer cette fréquence. Il nous faut un amplificateur capable de recevoir une telle fréquence et un logiciel capable de générer une telle fréquence.

  Nous avons en plus un problème avec le plexiglas qui absorbe trop l’onde acoustique émise. C’est un mauvais choix de réflecteur, il faut changer de matière pour un réflecteur en métal, plus réfléchissant.

  Le second problème du support du réflecteur est qu’il y a trois vis sans fin, ce qui pause problème pour avoir un réflecteur parfaitement parallèle au support et amovible facilement et orthogonale à l’onde acoustique émise. Il faut corriger ces défauts.

  Il nous faut aussi créer une sinusoïde pure de 28KHz à générer, nous avons trouvé le logiciel MAX.

  Nous avons envoyé des mails à des laboratoires susceptibles d’avoir un amplificateur qui reçois les ultrasons et de nous recevoir afin d’y effectuer nos expériences une deuxième fois. Malgré nos résultats peu fructueux, nous sommes très contents d’avoir pu tester notre matériel, faire des expériences et rencontrer des personnes de l’IRCAM. Nous sommes optimistes sur l’avancée du projet, nous comprenons de mieux en mieux le fonctionnement après cette demi-journée d’expérimentations et avons hâte de réaliser l’expérience de nouveau.

  <fc #4682b4>Mardi 28/03/2017 - Détermination des caractéristiques de la spirale</fc>

  Nicolas envoie un mail de remerciement ainsi qu’une vidéo de la lévitation à Mikhail MALT (IRCAM), Markus NOISTERNIG (IRCAM), Marguerite JOSSIC (IRCAM), Jérémie BOURGOGNE (IRCAM), Guillaume PELLERIN (IRCAM), Maxime HARAZI.

  Ces personnes nous ont aidés dans leurs explications ou dans leur mise en relation, nous leur en sommes très redevable. Les retours ont été très positifs, les chercheurs sont très contents que nous ayons réussi et nous donnent même de nouvelles idées pour pousser le projet un peu plus loin. Un des chercheurs nous parle du parcours ATIAM pour que nous l’intègrions. Nous sommes très heureux de ces retours.

  Sara et Stéphane sont allés au fablab pour découper la spirale au laser. Nous avons d’abord terminé les calculs numériques pour la spirale à partir de ce que l’on connaissait et des formules que le chercher Jean-Louis Thomas nous avait donné.

  <fc #6495ed>Nous avons pour l'épaisseur “e” de la spirale</fc>

  $\large{{e}={\frac{{\lambda}}{{4}.{\Delta}{n}}} \quad avec\quad {\lambda}={c}.{T}={\frac{{c}}{{f}}}}$

  $\large{{e}={\frac{{c}}{{f}.{4}.({n}_{e}-{n}_{0})}}}$

  <fc #6495ed>avec les indices du plexiglas et de l'air</fc>

  $\large{{n}_{e}={n}_{plexiglas}={1,50}}$

  $\large{{n}_{0}={n}_{air}={1,0002926}}$

  <fc #6495ed>ainsi</fc>

  $\large{{e}={6,11}.{10}^{-3}{m}}$

  <fc #6495ed>de même la période T</fc>

  $\large{{T}={\tau}_{1}-{\tau}_{2} \quad avec\quad {\tau}_{1}={\frac{{e}_{1}}{{c}_{plexiglas}}},\quad {\tau}_{2}={\frac{{e}_{2}}{{c}_{plexiglas}}}+{\frac{{e}_{1}-{e}_{2}}{{c}_{air}}} \quad et\quad {e}={e}_{1}+{e}_{2}}$

  $\large{{T}={\frac{{e}_{1}}{{c}_{plexiglas}}}-({\frac{{e}_{2}}{{c}_{plexiglas}}}+{\frac{{e}_{1}-{e}_{2}}{{c}_{air}}})}$

  $\large{{T}={\frac{({e}_{1}-{e}_{1})}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{({e}_{1}-{e}_{2})}{{c}_{air}}}}$

  $\large{{T}=({e}_{1}-{e}_{2}).[{\frac{{1}}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{{1}}{{c}_{air}}}]}$

  <fc #6495ed>Nous obtenons ainsi</fc>

  $\large{{({e}_{1}-{e}_{2})}={\frac{{T}}{[{\frac{{1}}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{{1}}{{c}_{air}}}]}}}$

  <fc #6495ed>donc</fc>

  $\large{{e}_{1}={\frac{{e}}{{2}}}+{\frac{{T}}{{2}.[{\frac{{1}}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{{1}}{{c}_{air}}}]}}={\frac{{e}}{{2}}}+{\frac{{1}}{{2}.{f}.[{\frac{{1}}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{{1}}{{c}_{air}}}]}}}$

  <fc #6495ed>et</fc>

  $\large{{e}_{2}={\frac{{e}}{{2}}}-{\frac{{T}}{{2}.[{\frac{{1}}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{{1}}{{c}_{air}}}]}}={\frac{{e}}{{2}}}-{\frac{{1}}{{2}.{f}.[{\frac{{1}}{{c}_{plexiglas}}}-{\frac{{1}}{{c}_{air}}}]}}}$

  <fc #6495ed>Valeurs numériques</fc>

  $\large{{c}_{plexiglas}=510m.{s}^{-1}\\ {c}_{air}=342m.{s}^{-1}\\ f=28.{10 }^{3}Hz}$

  <fc #6495ed>Ce qui nous donne</fc>

  $\large{{e}_{1}=15mm\\ {e}_{2}=36mm}$

  Les valeurs numériques de 𝑒1 et 𝑒2 sont bien évidemment fausses !
Les dimensions sont correctes, les formules sont bonnes.L’erreur se situe au niveau de la fraction suivante :

  $\large{\frac{T}{2.(\frac{1}{{c}_{plexiglas}} -\frac{1}{{c}_{air}})}}$

  qui ajoute 18 mm, ce qui est largement supérieur devant l’épaisseur totale e=6,11mm. Après avoir cherché durant un bon moment une solution à l’erreur numérique, nous avons décidé d’attribuer à e1= e2 =3mm et de voir expérimentalement ce que ça produit.

  Nous avons ensuite cherché à découper la spirale au laser, outils que l’on ne connaissait pas et que l’on n’avait jamais utilisé.

  <fc #4682b4>Mercredi 29/03/2017 - $\large1_eres$ expérimentations au LAM</fc>

  Nous avons rendez-vous ce matin avec Brian FG KATZ, un chercheur du LAM (Lutheries - Acoustique - Musique) Institut Jean le Rond d'Alembert. C’est une personne de l’IRCAM qui nous a mis en contacte avec lui. KATZ nous a prêté un amplificateur et nous avons eu une salle à disposition. Cette fois ci, nous disposons bien d’un amplificateur qui émet dans l’ultra sonore. Nous avons changé de réflecteur : plexiglas → laiton. Nous avons aussi le patch Max qui génère l’onde sinusoïdale et nous pouvons choisir la fréquence voulue. Notre transducteur résonne à 28KHz, c’est important d’envoyer une onde proche de cette fréquence de résonance, chose que nous n’avions pas lundi dernier à l’IRCAM. Nous effectuons les branchements et commençons les tests. Nous avons envoyé une onde audible de 17KHz comme la dernière fois pour voir si tout est bien branché. Nous entendons l’onde sonore, les branchements sont bons. Nous obtenons assez rapidement un résultat : nous observons les ventres et les nœuds en passant lentement un morceau de papier très fin dans l’axe d’émission du transducteur.

  Peu de temps après, nous faisons enfin léviter un petit bout de papier en faisant varier la distance entre le réflecteur et le transducteur.

  

  Avec des réglages plus fins (puissance, distance transducteur/réflecteur), nous arrivons à faire léviter plusieurs billes de polystyrène. 

  

  

  

  Nous avons un problème de faux contacte, les soudures des câbles au transducteur ne sont pas bien faites, nous devons souvent repositionner les câbles pour que la puissance soit bien maximale.

  Nous effectuons un test : nous faisons varier la fréquence, nous passons de 28 000 Hz à 27 800 Hz. Nous observons que les billes de polystyrènes déjà en lévitation « sautent » pour se repositionner un peu plus bas par rapport à la position initiale. La fréquence envoyée modifie la position des ventres et des nœuds ou en augmente le nombre.

  Nous avons appelé KATZ pour lui dire que nous avons réussi à faire léviter les billes et du personnel du LAM (chercheurs et maîtres de conférence) est venu assister à la démonstration. Notre projet les a bien intéressés.

  Il est bientôt midi nous devons quitter la salle. Nous retournerons au LAM mardi 4 avril pour effectuer d’autres tests. Il nous faudrait un fond noir pour les photos/vidéos, une règle graduée pour l’échelle des images, essayer de faire léviter de l’eau et des plus petits objets pour mieux voir le « saut » due à la variation de fréquence. Nous aimerions pouvoir comprendre correctement ce décalage due à cette variation.

  KATZ nous a proposé des micros, cependant nous n’avons pas de quoi analyser ce que les micros pourraient capter. Nous avons besoin d’un oscilloscope pour pouvoir observer les ultrasons.

  <fc #4682b4>Lundi 03/04/2017 - Debriefing des expériences au LAM</fc>

  Ce matin nous nous retrouvons dans un box pour parler de notre prochain rendez-vous au LAM, demain matin. Nous faisons une mise au point de ce qu’il nous faut comme matériel et ce que nous allons faire comme test. Nous sommes allés essayer d’emprunter un oscilloscope pour nos recherches. Cependant, comme nous sommes en vacances, les techniciens ne sont pas présents et nous ne pouvons pas effectuer les tests en dehors du LAM.

  Nous discutons aussi de la Pince Acoustique (notre projet initial). Nous aimerions mettre en valeur son fonctionnement à l’aide d’un laser qui modéliserait les ultrasons. Nous ne pouvons pas construire la spirale dans laquelle passerait le laser pour le déformer au FabLab car le fichier OpenScad est trop complexe à coder, puis la découpeuse laser est en 2D et non en 3D. Nous avons une idée : nous allons découper au laser du plexiglas, puis le chauffer (sois dans une casserole avec de l’eau bouillante, sois près d’une source chaude comme du feu). Un fois le plexiglas chauffé et rendu flexible, nous pourrions le tordre afin qu’il prenne la forme de spirale souhaitée. Il suffirait de rajouter une lentille convergente pour modéliser la pince.

  <fc #4682b4>Mardi 04/04/2017 - $\large2_emes$ expérimentations au LAM</fc>

  Nous sommes ce matin au LAM afin d’effectuer de nouveaux tests. Aucune modification au niveau des branchements et du montage de l’expérience par rapport à la dernière fois.

  

  Nous avons un peu de mal au départ à faire léviter notre bille de polystyrène car nous avons toujours le même problème au niveau de la soudure des câbles avec le transducteur. La matière sur laquelle il faut souder les câbles « n’adhère pas ». L’étain ne se fixe pas au transducteur. Il y a une fine couche de silicone que nous avons essayé d’enlever cependant le problème persiste.

  Malgré le transducteur peu préformant (⇒ peu cher) nous avons bien réussi la lévitation et réussi à placer plus de billes en même temps par rapport à la dernière fois :

  

  

  <fc #6495ed>Déterminons les ventres de pression</fc>

  Le transducteur émet une onde ultrasonore de forme sinusoïdale. Il y a interférence entre l’onde incidente et l’onde réfléchie sur la paroi du réflecteur (paroi en laiton). Il en résulte une onde stationnaire.

  

  Le réflecteur, rigide, impose un ventre de pression acoustique (niveau sonore maximal) et au niveau de l’extrémité fermée (en x=0=L) le déplacement des particules du fluide (ici l'air) est nécessairement nul. Nous sommes dans la configuration d'un tuyau fermé-fermé.

  <fc #6495ed>D'une part, le mode fondamentale (ou premier harmonique) est de la forme :</fc>

  Une onde stationnaire de longueur d’onde ${\lambda}$ ne peut exister que si la longueur L du tuyau est un multiple entier de la demi-longueur d’onde, soit

  $\large{{L}=\frac{\lambda}{2}}$

  $\large{{L}=\frac{c.t}{2}=\frac{c}{2.{f}_{1}}}$

  $\large{{f}_{1}=\frac{c}{2.L}}$

  Donc, pour l'harmonique h nous avons la fréquence de chaque harmonique en fonction de la fréquence propre $\large{{f}_{1}}$ : $\large{{f}_{h}=h.{f}_{1}}$

  

  <fc #6495ed>D'autre part, considérons la configuration d'un tuyau ouvert-ouvert pour déterminer les ventres de pression, en se servant directement de la pression acoustique, et rappelons qu'une onde sonore est une onde se propageant longitudinalement :</fc>

  

  <fc #6495ed>sachant que la pression acoustique est de la forme</fc>

  $\large{p(L,t)=2{A}_{i}.\sin{(kx).\sin{(\omega t+\varphi)}}}$

  <fc #6495ed>avec</fc>

  $\large{\sin{(kx)} \quad dépendance \quad spatiale \quad : \quad l'amplitude \quad dépend \quad de \quad la \quad position \quad x}$

  et

  $\large{\sin{(\omega t+\varphi)} \quad dépendance \quad temporelle \quad : \quad oscillation \quad au \quad cours \quad du \quad temps}$

  <fc #6495ed>partons des conditions initiales :</fc>

  $\large{p(0,t)=0}$

  $\large{p(L,t)=0}$

  <fc #6495ed>la condition p(L,t)= 0 implique :</fc>

  $\large{\sin(k.L)=0 \quad \Rightarrow \quad k.L=n.\pi \quad \Rightarrow \quad \frac{2.\pi}{\lambda}.L=n.\pi}$

  <fc #6495ed>soit</fc>

  $\large{L=n.\frac{\lambda}{2}}$

  $\large{L=n.\frac{c.t}{2}}$

  $\large{L=n.\frac{c}{2.f}}$

  <fc #6495ed>où n = le nombre de noeuds :</fc>

  Ainsi, nous avons juste à inverser noeuds et ventres pour retrouver la configuration d'un tuyau fermé-fermé

  $\large{n=\frac{2.L.f}{c}}$

  <fc #6495ed>Application numérique :</fc>

  $\large{{n}=\frac{2\times{5.10}^{-2}\times{28}^{3}}{340}}$

  $\large{{n} \simeq{8,2}}$

  $\large{{n}={8}}$

  Nous avons bien les 8 ventres :

  Nous avons tenté de faire léviter une fine goutte d’eau cependant, la puissance n’étant pas assez grande dû a un contact défectueux, nous n’avons pas réussi.

  

  La technique de visualisation des ventres et des nœuds à l’aide de la bulle de savon ne fonctionne pas (technique qu'un chercheur à l’IRCAM nous a conseillé par mail en retour de nos remerciements). Notre projet initial est la pince acoustique et aujourd’hui, nous avons fait le rapprochement avec la lévitation acoustique, notre expérience. La lévitation acoustique peut-elle être une alternative à la pince acoustique ? Notre réponse est oui, mais elle est limitée.

  <fc #6495ed>Etude expérimentale</fc>

  Lorsque la bille lévite, nous pouvons effectuer sa translation dans les 3 dimensions de l’espace. Cependant, pour ce qui est de la rotation, elle peut être effectuée uniquement selon l’axe z. Lorsque nous effectuons une rotation selon l’axe x ou l’axe y, la bille tombe à cause de son poids et à cause du fait qu’elle n’est plus retenue par la force de pression acoustique :

  Nous avons aussi mesuré la tension en sortie de l’amplificateur à l’aide d’un voltmètre. Elle est de 0,573 volt, une valeur qui semble basse par rapport à l'étude théorique.

  Après les manipulations, nous nous départageons le travail sur l’article. Sara à repris contact avec Jean Louis THOMAS pour lui demander si nous pouvons venir filmer sa pince acoustique maintenant que nous avons réussi la lévitation. Nous le voyons bientôt.

  <fc #4682b4>Lundi 10/04/2017 - Réunion de mise au point</fc>

  Nous profitons du temps que nous accordent les vacances pour finaliser notre projet. En conséquence nous nous réunissons ce matin pour mettre en commun le travail qu’a effectué chacun des membres de l’équipe chez soi. Nous avions en effet réparti la rédaction de l’article. Pour l’instant écrit en français nous lisons ou résumons à voix haute chacun notre tour notre travail respectif. Ainsi, nous pouvons améliorer nos parties grâce aux conseils des autres membres de l’équipe. Ceci fait, nous estimons que nous devons finir l’article pour jeudi prochain, date de notre prochaine réunion.

  Le deuxième sujet de notre réunion est la spirale de la lentille nécessaire pour la réalisation du vortex acoustique, notion importante pour la création d’une pince acoustique. Ce sujet nous pose des difficultés. En effet, nous devons utiliser du plastique ou plexiglas transparent, ce que ne permet pas les imprimantes 3D du fablab. Nous devons réfléchir à un moyen pour résoudre ce problème, comme par exemple la création d’un moule pour ensuite faire notre spirale. Puis nous avons demandé un rendez vous avec KATZ pour pouvoir de nouveau faire l’expérience de la lévitation acoustique. Nous voulons améliorer notre étude expérimentale et avoir des images pour notre vidéo de présentation. Nous attendons sa réponse.

  Pour la pince acoustique nous avions demandé à Jean Louis Thomas une vidéo, celui-ci nous en a fourni mais elles ne correspondent pas à nos attentes : nous ne visualisons pas le dispositif. En fin de séance nous avons répartie les tâches pour notre prochaine réunion. Celle-ci consistera à finir l’article, avoir une ébauche de notre vidéo de présentation et résoudre le problème de la réalisation du vortex acoustique.

  <fc #4682b4>Mardi 11/04/2017 - Réunion de mise au point</fc>

  Nous avons obtenu un rendez-vous avec le chercheur Jean Louis THOMAS pour lui montrer l’avancement de notre projet. Il nous a prodigué quelques conseils. Notamment le meilleur moyen pour expliquer le vortex acoustique. Celui-ci est de faire une démonstration mathématique.

  Nous avons de plus trouvé le problème lié au calcul de l’épaisseur de la lentille formant le vortex. En effet, la formule de l'épaisseur totale est. Les indices du milieu n'étaient pas les bons, nous avions les “n” optiques au lieu des “n” acoustiques.

  De plus nous avons trouvé la manière la plus simple d’améliorer notre dispositif expérimental en changeant notre réflecteur plan en un réflecteur concave. Il faut aussi prendre en compte les pertes de puissance liées aux limitations expérimentales. Par exemple le réflecteur doit avoir un diamètre suffisant pour que toutes les ondes soient réfléchies car il y a un phénomène de dispersion des ondes lors de l’émission, la notion de champ proche.

  En outre le réflecteur doit être suffisamment épais pour annuler le phénomène d’absorption. Il faut aussi un transducteur de bonne qualité pour empêcher ce phénomène au niveau de l’émetteur.

  <fc #4682b4>Jeudi 13/04/2017 - Réunion de mise au point</fc>

  Ce matin nous nous retrouvons pour réunir tous nos éléments de l’article et nous nous corrigeons. L’article avance bien, nous avons finit de rédiger, en français, l’introduction tous ensemble. Les autres parties sont déjà rédigées (chacun ayant une partie différente) mais pas encore corrigées en groupes.

  Nous avons bien rendez-vous au LAM mardi matin 18 avril pour une dernière séance expérimentale.

  <fc #4682b4>Mardi 18/04/2017 - Tests réflecteur concave</fc>

  Nous nous retrouvons au LAM une toute dernière fois pour réaliser les vidéos correctement et observer les différences entre le réflecteur plan et le réflecteur concave. Les branchements sont les mêmes et la méthode est la même que les expériences expliquées précédemment. Nous fixons le réflecteur concave directement à la plaque en laiton avec de la Patafix. Nous effectuons tout d’abord les translations du système {transducteur piézoélectrique, réflecteur plan en laiton, bille en polystyrène en lévitation} dans les trois dimensions : x, y et z. Puis les rotations, encore une fois selon x, y et z. Nous effectuons les mêmes translations et rotations que l’expérience précédente avec le réflecteur plan en laiton du système {transducteur piézoélectrique, réflecteur concave, bille en polystyrène en lévitation}.

  

  Avec le réflecteur plan en laiton la bille se désaxe et tombe du système lorsque l’angle de rotation, mesuré avec Kinovea est d'environ 14°. Au-delà de 14° la bille de polystyrène tombe car le poids n'est plus compensé par la force […]. Il faut noter que la trame rouge est une trame servant de repère de précision pour palier aux problèmes de perspective et d'angle de caméra lors de la prise de vue. Il en va de même pour le réflecteur concave en inox :

  

  Avec le réflecteur concave en inox la bille se désaxe et tombe du système lorsque l’angle de rotation, mesuré avec Kinovea est d'environ 63°. Au-delà de 63° la bille de polystyrène tombe de nouveau :

  

  Nous avons observé que la lévitation de la bille de polystyrène avec le réflecteur concave est beaucoup plus facile à mettre en œuvre qu’avec le réflecteur plan. De plus, la stabilité est nettement supérieure avec le réflecteur concave : nous observons que la bille ne tremble plus comme elle le faisait avec le réflecteur plan :

  Le réflecteur concave piège mieux la bille de polystyrène et permet une manipulation plus libre :

  Nous en profitons pour commencer notre vidéo d’explication que nous posterons sur Youtube. La principale difficulté était l’expression orale devant une caméra. Le fou rire était difficile à maîtriser mais nous avons passé un agréable moment lors de cette séance. Nous nous répartissons le travail restant en vue d’une dernière grande réunion dimanche pour tout assembler et finir l’article ainsi que la vidéo.

  <fc #4682b4>Jeudi 20/04/2017 - Réflecteur concave sous un laser</fc>

  Fabrice et Nicolas sont allés en salle de TP afin d’étudier la concavité du réflecteur concave en inox.

  Cette étude est réalisée afin de savoir si notre réflecteur concave peut piéger efficacement une bille ou non.

  Nous avons utilisé un laser (d'une longueur d'onde ${\lambda}$ = 532 nm) que nous avons fixé sur le rail. Nous avons pointé le laser au centre du creux du réflecteur. Pour observer les rayons du laser, nous utilisons de la poudre de craie. Nous effectuons une rotation du laser dans le plan [xOy] en faisant passer le rayon incident par les deux extrémités du réflecteur. Après avoir réalisé et filmé l’expérience, nous analysons les images sur le logiciel Kinovea en traçant des lignes symbolisant les rayons réfléchis du laser. Cela nous permet de pouvoir observer les zones où ces lignes se croisent. Ces croisements correspondent à une position où sont concentrés les ondes réfléchies, due à la forme concave du réflecteur. Nous observons dès le début que le rayon laser réfléchit change de direction une première fois lorsque le rayon laser incident se rapproche du centre et reprend sa direction initiale lorsque nous nous en éloignons. L’analyse sur Kinovéa nous montre deux zones denses de lignes croisées.

  Le changement de direction du rayon laser réfléchi est dû à une bosse très légère se trouvant au centre de notre réflecteur.

  Cette bosse est aussi la raison pour laquelle nous obtenons deux zones denses de lignes croisées au lieu d’une. Les analyses ayant été faites en deux dimensions, nous en déduisons en 3 dimension la présence d’un anneau où la réflexion des ondes est condensée.

  Nous retrouvons Sara quelques minutes pour faire un point sur ce qui vient d’être fait, nous avançons sur l’article (et le wiki en parallèle) chacun de notre coté en fonction du travail réparti avant hier.

  <fc #4682b4>Dimanche 23/04/2017 - Dernière réunion et finalisation du projet</fc>

  Dernière ligne droite !!!

  Nous espérons avoir été clairs dans notre démarche et nos explications.

  Nous vous remercions de nous avoir lus jusqu'au bout.