Le principe d’un détecteur de fumée repose sur un capteur de luminosité (photodiode) associé à une LED dans un petit volume étanche à la lumière. L’effet Tyndall décrit la diffusion de la lumière quand de petites particules se trouvent sur le chemin des rayons lumineux. Une fraction de la lumière vient éclairer le détecteur quand il y a de la fumée à l’intérieur du détecteur… Un détecteur de fumée a été ici démonté pour comprendre le principe qui est en réalité d’une relative simplicité.
Le détecteur de fumée a été démonté et on y retrouve les éléments classiques de ce type de détecteurs. Le boitier en plastique est ouvert et on accède à la carte électronique et aux éléments optiques :
Comment fonctionne le détecteur de fumée
Démonter le détecteur de fumée
Détecteur de fumée démonté
Un petit blindage entoure la LED infrarouge (émetteur). La « chambre » qui est étanche à la lumière laisse entrer l’air et la fumée :
Chambre du détecteur de fumée
La chambre du détecteur de fumée est formée de deux pièces en plastique bien noir et bien opaque. L’air peut entrer sur les côtés et est filtré par une sorte de grille. Les petites particules de fumée peuvent entrer dans la chambre du détecteur :
Filtre sur le côté de la chambre du détecteur de fumée
Le principe physique du détecteur de fumée repose sur l’ensemble LED – photodiode enfermé dans la chambre.
Principe de fonctionnement du détecteur de fumée
Eléments du détecteur de fumée
Deux éléments principaux du détecteur de fumée sont placés dans la chambre :
la LED infrarouge : c’est l’émetteur de « lumière » (ici, il s’agit d’infrarouge, mais le raisonnement serait identique pour la lumière visible)
la photodiode : c’est le récepteur du détecteur. Lorsque la photodiode reçoit de la lumière, elle crée un petit courant électrique qui est détecté par la partie électronique. Voici la LED, la photodiode du détecteur de fumée et la chambre (ouverte pour la photo) :
Chambre, LED et photodiode du détecteur de fumée
Si on souhaite voir la partie électronique et la chambre séparément :
Chambre, LED et photodiode du détecteur de fumée (séparés)
Principe optique du détecteur de fumée : l’effet Tyndall et la diffusion de la lumière
La LED émet un faisceau de lumière (infrarouge invisible à l’œil nu, mais le raisonnement est identique) dans une direction donnée et le capteur de lumière (la photodiode) est placée sur le côté. Elle ne reçoit aucune lumière grâce à la cloison en plastique qui se trouve au milieu de la chambre :
Principe du détecteur de fumée (absence de fumée)
Schéma d’explication du détecteur de fumée
On peut représenter le détecteur de fumée en absence et en présence de fumée :
Quand il n’y a pas de fumée, la lumière émise par le détecteur ne va pas dans le récepteur (capteur) de lumière :
Principe optique du détecteur de fumée : absence de fumée
Lorsque des particules de fumée sont présentes dans la chambre, certaines sont éclairées par la LED et renvoient de la lumière dans toutes les directions (diffusion de la lumière). C’est l’effet Tyndall :
Principe optique du détecteur de fumée : fumée présente et effet Tyndall
Les particules de fumée non éclairées ne renvoient aucune lumière et ne participent pas à la détection de la fumée. Telles des voleurs tapis dans l’ombre, ces particules ne sont pas détectées. Elles ne jouent aucun rôle.
De même les particules de fumée éclairées mais qui ne sont pas « vues » par le détecteur (capteur) de lumière.
En fait, seules les particules de fumée éclairées et dans l’angle de vision du capteur participent à la détection de la fumée. Sur le croquis ci-dessus, cela est matérialisé par les flèches qui vont vers le détecteur. Par analogie, on peut présenter l’effet Tyndall dans un liquide translucide (eau avec un peu de lait par exemple) ou encore dans un air brumeux :
Jolie manifestation de l’effet Tyndall dans l’air brumeux un soir d’été après la pluie
Il s’agit là du même effet : la brume qui se trouve éclairée par les rayons du soleil diffusent de la lumière vers l’œil de l’observateur. On peut représenter cette situation avec le même type de croquis :
Représentation de l’effet Tyndall
Diffusion de la lumière
D’autres phénomènes de la diffusion de la lumière existent et sont vus quotidiennement : la couleur du ciel. En effet, le ciel est bleu par la diffusion de la lumière par les molécules d’air. Il s’agit de la diffusion de Rayleigh. Imaginez un ciel où la diffusion de Rayleigh n’aurait pas lieu :
Diffusion de Rayleigh absente : un beau ciel noir lunaire…
Et sur la planète Mars ? A quoi ressemble le ciel ? Et un coucher de soleil où le soleil devient bleu à l’horizon…
Couchers de soleils sur Mars : inversion des couleurs
Buzzer du détecteur de fumée
Le détecteur de fumée est équipé d’un buzzer piézoélectrique à 3 bornes :
Circuit imprimé et buzzer
buzzer du détecteur de fumée
Fin de vie de la batterie
La batterie est soudée au circuit imprimé. Elle ne peut pas être remplacée. Le détecteur de fumée émet des « bip bip » plus ou moins espacés lorsque la batterie faiblit dangereusement. Ces « bip » peuvent être espacés de plusieurs minutes et peuvent même sembler angoissants avant qu’on ne comprenne leur origine. Ne les confondez pas avec des bruits de frottements d’une table sur du carrelage, d’un cri d’animal ou d’une griffe qui gratte sur une surface lisse quand le chat fait un saut… Eh oui, l’apparition de ces « bip » intermittents peuvent bien surprendre quand ils commencent en pleine nuit…
Batterie du détecteur de fumée
Lorsque la batterie soudée est vide, il faut alors se séparer du détecteur de fumée, voilà tout.
Ne pas confondre avec un opacimètre.
Merci pour ce beau sujet
Bonjour,
Cela m’a refait penser à une vidéo très intéressante de la chaine YouTube « applied science » où des expériences sont fait avec des sources de radiation alpha.
On trouve entre autre de ces sources radioactives dans certains type de détecteurs de fumés qui eux fonctionnent en détectant la différence de déplacements d’ions dans l’air lorsqu’il est saturé en fumée !
C’est en anglais par contre mais voici le lien pour les curieux :
https://www.youtube.com/watch?v=ZBHIp967TD8&t=630s
Tres bien expliqué,
Mais je bondi en voyant des detecteurs avec une pile non remplaçable, les plus courant sont avec pile 9V (type 6F22)
je voulais surtout rajouter que j’ai réparé plusieurs de ces appareils (qui se déclenchaient sans fumée) simplement en démontant la chambre « noire » et en la remontant,
sans intervention supplémentaire… (bizarre mais efficace)
si ca peut servir à ne pas les jeter inutilement…
cdlt
très intéressant et détaillé
Merci pour ce petit cour trop bien.