Un autre objet du quotidiens dans lequel l’on utilise de la science, ce sont les détecteurs de pluie sur les parebrises des voitures. Je parle ici des véhicules qui activent ou désactivent les essuies-glaces de façon automatique, dès qu’il se met à pleuvoir ou que ça s’arrête.
Il existe plusieurs techniques pour ça : détecteur par ultra-sons, par capteur d’humidité, mais le plus utilisé aujourd’hui est le capteur par infrarouge.
Il est intéressant de noter que ces techniques sont très récentes (post-2000), mais la recherche d’une méthode de déclenchement automatique ne date pas d’hier. Ainsi, en 1970, les ingénieurs chez Citroën avaient, pour la Citroën SM, déjà inventé un système pour cela. Ce fut un système entièrement électro-mécanique, sans électronique ni ordinateur de bord et encore moins de caméras.
Un capteur primitif par Citroën en 1970
Le fonctionnement recherché était le suivant : tant qu’il pleuvait, les essuie-glace — préalablement activés manuellement — devaient continuer de tourner. Dès que la pluie cessait, ils devaient s’arrêter tout seul.
Le principe de fonctionnement reposait sur la variation de la force de frottement des essuies-glaces : ces derniers glissent plus facilement sur le pare-brise mouillé lorsqu’il pleut, que sur un pare-brise sec.
Activés initialement, donc, les essuie-glace continuaient de tourner tant qu’ils glissaient bien sur l’eau de pluie. Mais dès que la pluie cesse, le pare-brise reste sec et la force nécessaire pour les faire tourner augmente : c’était alors signe que ces derniers pouvaient être coupés.
Le système intégrait une résistance chauffante ferromagnétique sous la forme d’un contacteur et placé en série avec le circuit d’alimentation du moteur actionnant les essuie-glaces. L’ensemble était placé à proximité d’un aimant.
Par temps de pluie les essuie-glace glissaient bien, le moteur électrique ne forçait pas et tirait un courant électrique raisonnable : le contacteur ne chauffait pas et reste collé à l’aimant. Cette position maintenait les essuie-glaces actifs.
Lorsque la pluie cesse, les essuie-glace frottent davantage. Il en résulte que le moteur force et tire plus de courant. Par effet joule, le contacteur résistif placé en série s’échauffe alors. Il chauffait au point de dépasser sa température de Curie ; la température au-delà de laquelle un matériau perd sa perméabilité magnétique : en d’autres termes, il perd ses propriétés magnétiques.
Ainsi, le contacteur chauffé n’était plus attiré par l’aimant, il s’en décolle et ouvre le circuit. Le contacteur était ensuite replacé dans sa position au repos et le commodo au volant également. Le mécanisme terminait le cycle de balayage des essuies glaces et s’arrêtait ensuite, tout seul. Ingénieux !
Ce système était resté relativement unique pour l’époque mais le marché de la Citroën SM n’était pas suffisant pour l’implémenter ailleurs ; il était compliqué pour un avantage somme toute léger.
Aujourd’hui, plus aucun système ne fonctionne comme ça. Tout passe par de l’électronique, des LED infrarouges ou des ultrasons. Ces systèmes récents sont plus fiables, plus légers et s’intègrent mieux dans tout le reste de l’électronique d’une voiture moderne. De plus, ils peuvent aussi s’activer tout seuls, pas seulement se désactiver.
Le détecteur à capteur infrarouge
Parlons ici en particulier du système infrarouge, le plus couramment utilisé. Ce système utilise le principe de la réfraction et de la réflexion d’un faisceau lumineux dans un matériau.
Le dispositif est composé d’un émetteur infrarouge d’une part et d’un capteur infra-rouge d’autre part. L’émission d’un faisceau infrarouge est fait avec un angle de 45 degrés. Le faisceau une fois entré dans le verre, arrive à la surface opposée et est réfléchie dans le verre par l’interface verre-air. Le faisceau rebondit donc constamment dans le verre sans jamais en sortir :
On parle d’une réflexion totale interne. Ce principe est également utilisé dans les fibres optiques pour maintenir le signal lumineux dans la fibre.
La réflexion totale interne est possible si les indices de réfraction des deux milieux (le verre et l’air ici) sont très différents. Plus le rapport des indices est important, plus la part des rayons réfléchie est grande. Si les indices sont trop proches, une part plus importante de la lumière passe dans l’autre milieu et est donc perdue. Cela va nous servir.
À un autre endroit du pare-brise, il y a un capteur. Si tous les rayons émis sont bien réfléchis et maintenus dans la vitre, alors le capteur infrarouge capte toute l’onde et il interprète cela comme une absence de pluie.
Lorsqu’il se met à pleuvoir, des gouttes d’eau se retrouvent sur la vitre. Or l’eau a un indice de réflexion plus proche de celui du verre que ne l’est l’indice de l’air. Il en résulte que les infrarouges vont passer assez facilement du verre vers l’eau. Et une fois dans l’eau, l’infrarouge est soit transmise dans l’air (conditions de réflexion totale non satisfaite), soit renvoyée dans le verre dans une direction aléatoire. Dans tous les cas, les rayons ne sont pas forcément renvoyés vers le capteur et ce dernier reçoit moins de lumière infrarouge :
À l’ordinateur de bord d’interpréter l’absence de détection d’infrarouges et d’activer les essuie-glace en conséquence.
Mieux, en détectant la vitesse à laquelle le capteur infrarouge perd le signal ou bien la force du signal perdu, il peut faire tourner les essuie-glaces plus ou moins vite.
Ressources
Quelques liens :
