Nous rentrons ici dans le cœur de métier de SIGTEP : la conception. Il m'a été demandé de développer 2 panneaux LED personnalisés pour un photobioréacteur, à intensité variable sur cahier des charges.
Parce qu'une vidéo d'explication vaut mille mots :
Description du travail
Analyse des besoins : Évaluation des longueurs d'onde spécifiques nécessaires pour optimiser la croissance des micro-organismes et des chaleurs lumineuses (Kelvin).
Conception mécanique : Intégration du système électrique dans un coffret IP68 en acier inoxydable existant découpé au laser sur mesures. Etude des implantation et de l'ergonomie pour une maintenance simplifiée.
Conception électrique : Étude du système d'alimentation, incluant la sélection des composants pour le contrôle et la régulation de l'intensité lumineuse, et la conception des circuits électriques.
Intégration thermique : Conception d'un système de refroidissement actif avec dissipateurs thermiques pour éviter la surchauffe des LED et garantir une durée de vie prolongée. Conception et fabrication par impression 3D de déflecteurs permettant l'optimisation des performances de refroidissement.
Conception optique : Dimensionnement et intégration de lentilles optiques 70° d'ouverture pour contrôler l'émission lumineuse et assurer une distribution homogène de la lumière sur les cultures (surface de 2m²).
Simulation : Modélisation du flux lumineux et optimisation de la distance entre le panneau LED et le photobioréacteur pour maximiser l'efficacité lumineuse.
Prototypage : Fabrication d'un prototype du panneau LED pour évaluer les performances électriques et lumineuses, ainsi que pour valider la conception thermique, mécanique et optique.
Fabrication : Mise en place de 2 panneaux LED suivant la conception pour l'intégration sur photobioréacteur 140L (1 panneau de chaque côté).
Documentation technique : Rédaction d'un dossier technique détaillé, incluant les schémas électriques, les spécifications des composants et les instructions d'assemblage.
Les performances
Le PPFD (Densité de flux de Photons Photosynthétiques) mesure la quantité de lumière envoyée sur une surface pendant un certain temps, exprimée en µmol/m²/s. Le but était d'atteindre 700 µmol/m²/s, mais le système a été conçu pour fournir jusqu'à 1700 µmol/m²/s.
Pourquoi cette différence ? La valeur du PPFD diminue avec la distance entre la source lumineuse et la surface. Ainsi, les 1700 µmol/m²/s sont la valeur théorique à la sortie des LED. Avec les panneaux à environ 20 cm du photobioréacteur, la valeur réelle sera plus faible.
De plus, la réfraction de la lumière joue un rôle. Pour protéger les LED, une plaque de Plexiglass de 3 mm d'épaisseur a été ajoutée au design des panneaux, et le photobioréacteur a une surface de contact lumineuse en Plexiglass de 15 mm d'épaisseur. La lumière se réfracte à travers ces matériaux, diminuant sa puissance.
Après les tests, un panneau LED produit entre 48 et 900 µmol/m²/s, avec un pas de réglage d'environ 25 µmol/m²/s. Qu'on se le dise, cette performance dépasse les exigences initiales.
La température à l'intérieur d'un panneau, à puissance maximale pendant 15h, n'excède pas les 40°C. En local, une LED approche les 100°C en fonctionnement, donc l'efficacité du refroidissement est avérée.
La surface lumineuse de 2m², dépend directement de l'angle d'ouverture des lentilles optiques. L'ange choisit est de 70°, ce qui permet de recouvrir entièrement la surface de culture (validé par les tests).
Quelques images :
Eymeric.
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