J’ai offert à mon grand Gausserie : un objet qui fait danser du ferrofluide dans une bouteille.
A quoi ça sert ? à rien.
Entre « bonne idée de cadeau » et « ça danse vraiment », il y a eu quelques surprises.
A quoi ça sert ?
à rien donc.
Gausserie est un objet attrayant, qui induit de ne pas être sérieux.
Le gauss, nommé en l’honneur de Carl Friedrich Gauss, de symbole G, est l’unité CGS « électromagnétique » à trois dimensions d’induction magnétique. Il est défini comme 1 maxwell par centimètre carré (Mx/cm2).
Gausserie : comme « fadaise » ou « bagatelle », une chose sans utilité ni importance sérieuse. Donc c’est de la physique et c’est insignifiant en même temps. Ce qui est exactement la description de l’objet.
Je n’ai rien inventé : l’inspiration de l’objet vient du remarquable @dakd_jung dont les travaux sur les installations ferrofluides sont une référence.
C’est quoi le ferrofluide ?
Un liquide chargé de nanoparticules ferromagnétiques en suspension. Au repos il ressemble à de l’encre noire épaisse. Sous l’effet d’un champ magnétique, il se hérisse, s’étire, forme des pointes. C’est l’instabilité de Rosensweig et c’est franchement beau à regarder.
L’idée : mettre du ferrofluide dans une bouteille, coller un électro-aimant dessus, et moduler le champ en rythme pour que le fluide « danse ».
Gausserie – faire danser du ferrofluide avec un électro-aimant et un Arduino
Fabriquer son ferrofluide ? bonne idée en théorie.
J'ai envisagé de le fabriquer moi-même. C'est faisable en principe : des nanoparticules de magnétite (Fe₃O₄) en suspension dans de l'huile minérale ou du kérosène. En pratique c'est assez délicat, notamment parce que le flacon en verre doit être recouvert d'une couche hydrofuge spéciale pour éviter que le fluide ne s'y accroche définitivement... Sans ce traitement, le ferrofluide migre sur les parois et n'en redescend plus.
J'ai donc opté pour la facilité : l'achat en ligne. La bouteille est livrée scellée, traitée, prête à l'emploi.
Ingredients
- Arduino Nano
- électro-aimant Heschen P40/20 - Ø 40 mm — 12 V — 25 kg (Amazon.fr)
- MOSFET IRLZ44N
- diode 1N4007
- disque piézo nu
- encodeur rotatif EC11
- ruban WS2812B — 10 LEDs — 5 V
- buck converter (12 V → 5 V, type MP1585EN)
- switch ON/OFF
- résistances : 220 Ω, 10 kΩ, 1 MΩ, 470 Ω
- condensateur 470 µF 16 V
- alimentation 12 V / 2 A
- bouteille ferrofluide achetée en ligne
Instructions
Premier problème : le premier électro-aimant ne faisait rien
J'ai fait le premier essai avec un Heschen P25/20 (Ø 25 mm, 5 kg). Résultat : le ferrofluide ne bougeait absolument pas... Le champ magnétique décroît en 1/r³ avec la distance. la petite surface polaire du P25/20 disperse trop le flux dès qu'il y a quelques millimètres de verre entre l'aimant et le fluide.
Solution : passer au P40/20 (Ø 40 mm). Surface polaire 2,5× plus grande, champ bien plus concentré à distance utile. et le positionner au contact direct de la paroi.
Le montage électronique
Alim 12 V → Switch ON/OFF → Rail 12 V
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Buck 5 V → Arduino Nano
│
Électro-aimant (+)
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Diode 1N4007 (roue libre)
│
Drain MOSFET IRLZ44N
Gate ← 220 Ω ← D9 Nano
Source → GND commun
Le MOSFET est piloté en PWM par la pin D9. La diode 1N4007 en antiparallèle absorbe la surtension de coupure pour ne pas griller le MOSFET.
Le ruban LED se branche sur D6 via 470 Ω, alimenté en 5 V depuis le buck. un condensateur 470 µF au plus près du connecteur absorbe les pics de courant.
l'encodeur EC11 : CLK → D2, GND → GND, DT → D3. les pull-ups internes du Nano suffisent.
le piézo capteur (disque nu, collé sur le boîtier) arrive sur A0 avec une résistance 1 MΩ vers GND.
La découverte clé : BASE + AMPLITUDE
le paramètre le plus contre-intuitif du projet : il fallait faire osciller l'aimant entre 220 et 255 (champ permanent / maximum). Le fluide reste "tendu" en permanence et la sinusoïde ne module que légèrement autour de ce champ fort. les ondulations sont fines, continues, hypnotiques. Bien mieux que les grandes impulsions depuis zéro qui éjectent le fluide de manière désordonnée.
fréquence optimale : entre 2 et 4 Hz.
j'ai opté pour 3 modes
AUTO — Gausserie fait danser le fluide à sa propre fréquence.
phase d'initialisation : 6 cycles à 2 Hz pour rassembler le fluide dispersé dans la bouteille. puis variation douce entre 2 et 4 Hz par paliers de 4 secondes. les LEDs passent du bleu froid au rouge chaud selon la fréquence.
RÉACTIF — Grattez, tapotez, vibrez. Gausserie répond. Ou pas.
le piézo capte les vibrations transmises au boîtier. calibration automatique au démarrage (3 secondes au calme). chaque détection provoque un pic à 255 suivi d'un retour vers BASE en 150 ms. recalibration possible en tapant C dans le moniteur série.
ALÉATOIRE — Gausserie fait ce qu'elle veut.
fréquence (0,5 à 6 Hz) et intensité tirées aléatoirement toutes les 2 secondes. le résultat est organique, imprévisible. souvent meilleur que les autres modes.
Notice d'utilisation
Mise en route : appuyez sur le bouton ON/OFF. Laissez Gausserie tranquille pendant 3 secondes le temps qu'elle rassemble ses esprits.
Sélection de mode : tournez l'encodeur. Les LEDs changent de couleur selon le mode actif.
Précautions : Gausserie chauffe au bout d'un moment d'utilisation de l'électro-aimant. Est-ce que cela peut faire fondre le plastique ? Je n'ai pas encore testé au-delà de 30 minutes.
Le code
dépendance unique : bibliothèque Adafruit NeoPixel (gestionnaire de bibliothèques Arduino IDE).
pour faire d'autres modes : forkez, expérimentez, proposez.
Le boîtier : impression 3D en PETG
Une fois l'électronique au point, il restait à faire quelque chose de présentable.
j'ai modélisé et imprimé un boîtier en PETG plutôt qu'en PLA : l'électro-aimant chauffe significativement après quelques minutes d'utilisation, et le PLA se serait déformé à coup sûr. le PETG tient mieux en température — j'ai quand même un doute sur le long terme, à surveiller.
le boîtier remplit trois fonctions :
- positionner la bouteille correctement par rapport à la face polaire de l'électro-aimant, à distance fixe et reproductible
- maintenir la bouteille amovible pour pouvoir la retirer ou la repositionner
- loger le ruban LED de manière à éclairer le fluide proprement
- faire propre — ce qui est, finalement, la contrainte la plus difficile à satisfaire
Ce qui reste à explorer
- plusieurs électro-aimants sur différentes faces de la bouteille
- FFT sur signal micro plutôt que détection de choc piézo
- pilotage WiFi via le Wemos D1 mini pour une version installation
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