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S'éclairer sous terre :
construire soi-même une Nipharled IV
Page mise à jour le : 20-Jul-2017

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-> La galerie de Bronto : miroir partiel de son ancien album.
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Les Nipharled à l'usage : tests, améliorations, pannes...
-> La lampe LIGHT 1777 : un projet collectif.

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L'album photo des lampes spéléo «Home made» pages 1 / 2 / 3 / 4 / 5
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Batterie + Driver + LED(s) : le bon couplage.
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Cette page est dédiée à Thierry VILATTE alias Bronto alias Cochonsauvage alias Ursuspeleus, spéléo grenoblois et bricoleur hors pair, membre du groupe des Furets Jaunes de Seyssins, sans qui ce montage serait probalement resté longtemps à l'état de projet ou aurait peut-être fini grillé dans un splendide court-circuit...


 
Gustave TROUVÉ (1839-1902) Inventeur de la première
frontale électrique et sa lampe.

Intitulé du projet : création perso d'une* lampe spéléo à LEDs.
Cahier des charges de la lampe spéléo Nipharled IV
    • Éclairage de progression très grand angle (180°) et variable (au minimum 5 niveaux d'éclairage étagés).
    • Spot temporaire à puissance variable, commutable avec le grand angle.
    • Très forte puissante d'éclairage ponctuelle : aux environs de 3000 Lumens.
    • Grande souplesse d'utilisation grâce à de nombreux réglages : puissance, alertes, niveaux etc.
    • Régulation thermique incorporée (variable et paramétrable).
    • Système d'alerte de baisse de tension des accus paramétrable.
    • Lampe orientable verticalement pour les bivouacs.
    • Étanche à une immersion peu profonde (type IP67 ou IP68).
    • Compatible avec plusieurs types d'accus (gamme de tension minimum de 3V à 18V).
    • Pas plus grosse qu'une LedLampe IV de chez Spelemat.
    • Moins chère qu'une LedLampe IV + boitier Petzl + 2 accus + chargeur et bien moins chère qu'une Scurion 1500.
    • Autonomie avec 1 accu aux environs de 8h en régime moyen, 12 h à l'économie, et plus de 72h en mode survie.
    • Sécurité assurée par deux circuits d'éclairages indépendants.
    • Équipement complet avec lampe orientable, chargeur et 3 accus Li-ion 5000 mA.

* En réalité il ne s'agit pas d'une, mais de deux versions voisines de cette lampe fabriquées en commun avec un copain de club. Leur taille et leurs performances seront proches et elles auront de nombreux éléments identiques même si leur look sera probablement différent.


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Plans de montage (certains sont encore en débat et sujets à modification)


Plexiglas (en pointillés) et découpe de la face avant (en T inversé)




Ce qu'on verra en enlevant le couvercle et en regardant l'intérieur de la lampe (sans le câblage).

NB : sur les plans ci-dessus, la hauteur de la cale sous la rangée de LEDs est variable car elle ne sera fixée définitivement qu'au moment du positionnement des pièces dans le boitier.

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Infos diverses
  • Cette lampe fait suite à trois autres qui n'ont fait ou ne feront que passer... D'où son nom de Nipharled IV. J'espère que celle-là me fera plusieurs années.
  • La Nipharled III n'a jamais été terminée : c'est comme pour numéroter les rois, il y en a certains qui n'ont jamais régné et ça met la zone dans la numérotation !
  • La Nipharled II est en cours de fonctionnement sur mon casque (voir page des anciennes lampes) : elle est un peu bâclée et chauffe trop.
  • La Nipharled I (voir page des anciennes lampes) était à base de Nichia Raijin, elle fonctionne encore parfaitement bien mais les suivantes éclaire(ro)nt beaucoup plus. Par contre c'est la seule qui intègre un vrai système d'éclairage de secours; je vous en parlerai si j'ai le temps un de ces jours.
  • La Nipharled V est déjà en gestation, ce sera d'ailleurs une IVbis non pas destinée à remplacer la IV mais à compléter la gamme (pour sorties longues nécessitant une grande autonomie).
Étapes de fabrication
des accus :

1/ Écarteler avec délicatesse un accumulateur de PC portable qui contient 12 cellules Li-Ion. Enlever sans faire de court-circuit (car il est livré chargé) le PCB de cet accu, jeter l’emballage plastique puis séparer les cellules en les conservant liées deux par deux avec le métal de connection d’origine (quelques soudures et équilibrages de tension à faire en moins, c’est toujours ça de pris).

ATTENTION : le corps de chaque cellule est relié au pôle négatif et sous la peinture le métal est conducteur, risques d’étincelles en coupant des languettes reliées au pôle + des accus.


Des cellules d'accumulateurs 3.7V 2600 mAh Li-Ion récupérés sur une batterie de PC.

2/ Souder les fils d’alimentation au PCB acheté (voir ingrédients) sur les plots + et – (voir schéma de branchement du PCB). Enlever au préalable les deux fils et la prise blanche connectée au PCB livré qui sont inutiles.


Fil avec prise tel qu'il est livré.

  
Fil soudé sur le PCB : recto et verso.

3/ Coller les accus à la résine par 4, tête bêche en adaptant la disposition pour que ça rentre dans le boîtier arrière bleu (en forme de L ouvert). Meuler la résine excédentaire.

          
Positionnement des cellules du pack (en jaune la résine)
.          Avec un petit bout de tresse à dessouder recyclé.

4/ Souder d’un côté les accus entre eux pour obtenir un bloc 2S-2P (mette en série deux blocs de deux cellules déjà en parallèle) qui donnera une fois chargé 8.3V (7.4V nominatif) pour environ 5200 mA. 

NB : cette autre disposition
est plus adaptée à la fixation par velcro et sans boîtier arrière.


 


Un pack collé à la résine recto / verso. Bon, d'accord c'est pas très beau mais c'est solide...

5/ Souder les trois fils supplémentaires du PCB aux accus (vois schéma de branchement du PCB ci-dessous).


Schéma de branchement du PCB à l'accu d'après "Cochon sauvage" alias "Bronto".

     
Le fil (noir) d'équilibrage et le PCB relié à l'accu avant coulage de la résine (vu côté "creux").           À droite les accus de Vincent D. en cours de montage.

6/ Fabriquez-vous un moule en gros scotch toilé ou en papier d'alu puis couler le PCB au fond du pack dans de la résine polyester (ATTENTION : si vous mettez beaucoup de durcisseur, ça va prendre très vite mais en chauffant beaucoup : il n’est pas inutile de refroidir le fond de l’accu en cours de durcissement en le trempant dans de l’eau bien froide.). Cette étape peut se faire en deux fois (deux coulées de résine successives) pour limiter la surchauffe. Noyer aussi le fil de jonction d'équilibrage de l'accu  (le bleu ci-dessus) dans la résine côté creux du L ouvert.


Le coffrage au scotch toilé pour couler la résine polyester. On voit aussi l'isolant (blanc/noir) collé sur la base des cellules sous le PCB.

7/ Éventuellement peindre (facultatif) et numéroter le pack (utile pour plus tard quand vous voudrez en utiliser plusieurs en rationalisant leur usure).


L'accu terminé (vu côté bosse) : poids 200g.

8/ Percer le fond du boîtier bleu pour fixer le passe-fil à un endroit où ça ne gênera pas le passage du pack d’accus. ATTENTION : le filetage du passe-fil est très court et il ne va pas être simple de le visser à l’intérieur avec l’écrou. L’avantage c’est que ça ne dépasse presque pas et encombre donc très peu.

NB : en 2013, ce boitier finalement trop fragile a été abandonné au profit d'un système beaucoup plus simple décrit ici.

 

 
Le passe-fil sur le boîtier "Snap".

9/ Étancher le passe-fil avec du mastic autour de sa zone de fixation. Laisser sécher.

10/ Préparer la patte en alu de fixation sur l'arrière du casque. La courber (à chaud) pour qu'elle épouse la forme du casque, la percer. La coller à l'araldite dans le passant de la boite étanche bleue. En préparer une aussi pour le boîtier-lampe avant qui s'adaptera à la vis incorporée au boîtier alu et au bouton de serrage (celui-ci a été coulé à la résine autour d'un écrou dans un capuchon de flacon).

     
Le boîtier de piles avec sa patte de fixation au casque (en arrière-plan : des accus) et la patte avant de la lampe avec son bouton de réglage et de serrage.


Le système rotatif avant son montage sur le boîtier.

11/ Câbler le boîtier arrière avec du trois brins (deux seront reliés au - et un au +), souder une prise mâle et serrer le passe-fil quand la bonne longueur intérieure de câble à été trouvée.

 
a) Avant soudure de la prise.                               b) Terminé et branché!

12/ Graisser (silicone) le joint du couvercle puis faire un test d'étanchéité du boîter de piles. Immergez-le dans ce que vous voulez (seau, tonneau, piscine, puits...). Ressortez, essuyez, ouvrez : RAS ! Passez à la lampe.


Glou, glou, glou...

NB : en 2013, ce boitier finalement trop fragile a été abandonné
au profit d'
un système beaucoup plus simple décrit ici.

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Étapes de fabrication
de la lampe :

1/ Meuler (pour gagner un peu en largeur) et souder les 4 LEDs XML en série. ATTENTION : le PCB des LEDs est fragile, il a tendance à se décoller du support cuivre. Les coller ensuite à la Glu Arctic Silver sur leur support. Préparer aussi quelques morceaux de cuivre aplatis (à partir de chutes de tuyau) pour constituer des cales / entretoises entre les Leds (ou leurs supports) et les radiateurs ou la paroi du boîtier. Éventuellement, ces morceaux de cuivre peuvent aussi servir de radiateurs / supports pour les drivers. Le cuivre est un excellent conducteur de la chaleur.

  
Les LEDs wide et leur futur support alu.             Collage des Leds sur le support alu (photo Vincent D.)

2 / TRÈS IMPORTANT : essayez de placer -en les faisant tenir avec de la « Patafix » ou de la pâte à modeler (ou tout autre chose d’amovible facilement et de pas trop gros)- l’ensemble des éléments à l’intérieur du boîtier pour vérifier que l’emplacement prévu sur le plan est correct. Pensez qu’il faudra aussi passer les fils de jonction. Ne faites rien d’irrémédiable (trou) avant de vous être assuré que ça va bien rentrer là où vous le souhaitiez. Les cales évoquées ci-dessus peuvent être adaptées à ce moment-là. Éventuellement adaptez votre plan : c’est maintenant ou jamais.

  
Est-ce que ça va rentrer tout ce fourbi là-dedans ? That's the question my friend !

3/ Percer le boîtier de lampe puis y fixer le passe-fil d'un côté et l'axe de rotation de l'autre. Les solidariser à la colle Epoxy.

3 bis/ CONSEILS d'UTILISATION de l'Artic Silver epoxy à l'argent : l'époxy thermo sert à la fois de conduction thermique et de colle. Pour ne pas avoir de mauvaise surprise plus tard, comme un décollage partiel de certains éléments, il est IMPÉRATIF de suivre une procédure assez stricte.

  • Bien mélanger les deux composants à parts égales 50/50 car le mélange doit être homogène. Faire ça dans un récipient propre séparé.
  • La surface doit être plane et très finement poncée puis dégraissée à l'acétone car l'alu est souvent traité ce qui diminue énormément l'adhérence.
  • Étendre une couche fine mais régulière, sans "trous" ou bulles. Eviter de trop déborder (risques de faux-contacts électriques).
  • Le durcissement doit se faire lentement, en atmosphère sèche et tempérée (ne pas chauffer pour accélérer, mais éviter le garage froid et humide en hiver). Attendre simplement une nuit à la maison avant de vérifier si ça tient.
  • Le contact entre les pièces à coller doit être bien maintenu durant le séchage (petites pinces).
  • Stocker l'Artic Silver non utilisée au réfrigérateur, laisser monter en température une heure avant de l'utiliser.
  • Mode d'emploi en anglais de l'Artic Silver epoxy.

C'est au prix de cette rigueur que vous obtiendrez un collage solide.

On le saura bientôt...
La Nipharled de Vincent D. en cours de montage : ça rentre !


4/ Tailler et coller les cales si nécessaire. Éliminer par meulage certains reliefs intérieur au boîtier et inutiles ou gênants. Façonner aussi les deux supports-dissipateurs du driver MaxFlex dans du vieux tuyau de cuivre aplati, les coller ensuite au MaxFlex à la Glu Arctic.

     
a) Collage des cales qui supporteront les LEDs principales.       b) Supports du maxFlex en cuivre (petit pour la self et gros pour la zone spéciale).

5/ Découper la face avant du boîtier (couvercle vissé) en fonction de l’emplacement (voir ci-dessus 2 bis) et de la dimension des LEDs, de la lentille du spot etc. Penser à laisser une petite marge sur le pourtour du couvercle suffisante pour coller la vitre à l’Araldite à l’intérieur. Ne pas hésiter à tailler large malgré tout, car de la lumière parasite (réflexion, diffraction, réfraction) pourrait se perdre à l’intérieur du boîtier ce qui serait dommage puisque le but c’est d’éclairer à l’extérieur, a priori !

 
Découpage du couvercle et vérification de son emplacement avant de coller la vitre.

6/ Découper ou faire tailler la vitre (verre ou plexi), si ça n’a pas déjà été fait avant, à la forme de la partie interne du couvercle (la zone délimitée par le rebord du joint d’étanchéité).

7/ Coller la vitre dans le couvercle à la colle résine bi-composants. Éventuellement améliorer l’étanchéité avec un mini cordon biseauté de mastic à bateaux côté extérieur (si vous avez la place de le mettre), une seringue sera bien pratique pour ça. Attention à ne pas en mettre partout, la transparence de la vitre est en jeu (collez du scotch sur la vitre pour ne pas la salir avant de commencer ou gardez le film du plexi jusqu’à la fin du montage de la lampe). Placez ensuite le joint au couvercle.

 



Couvercle terminé avec vitre et joint.
L'arrière de la Nipharled de Vincent D. : radiateur raboté pour améliorer la rotation.

8/ Vérifiez encore une fois que vous avez suffisamment de place en hauteur intérieure du boîtier pour placer le spot : Led + lentille + support) derrière la vitre, une fois le couvercle vissé (pour être certains, ne mettez pas encore le joint mousse souple autocollant d’étanchéité du couvercle et posez le couvercle sur le boîtier, métal contre métal. Normalement il doit y avoir un peu de jeu, juste assez pour coller la LED spot au fond du boîtier avec de la glu Arctic (ou éventuellement glu + cale en cuivre ou pad silicone). Sinon il va falloir vous adapter en retaillant la lentille et/ou son support à la meule.

9/ Après avoir encore vérifié que ça rentre (oui, oui, j’insiste), percez l’emplacement de l’interrupteur et vissez-le. Etanchez sa base et placez sur le levier la cocotte en caoutchouc. Pré-câblez la LED spot puis collez-la sur le fond du boîtier (attention à la hauteur par rapport à la vitre fermée). Il vaut mieux la pré-câbler (lui souder les fils N - et R + de son driver) car une fois collée cela risque d'être très difficile à faire !

   
L'interrupteur placé vu intérieure et extérieure, à gauche on aperçoit les LEDs wide collées sur leur support. À droite, la LED du spot et son driver pré-câblés.

10/ Relier le boîtier avant au boîtier arrière. Si vous voulez faire passer le câble à l'intérieur du casque, il faut faire cela maintenant avant de terminer le montage : percez le casque, vissez les deux boîtiers et câblez enfin les deux parties avant et arrière.

  
Il n'est pas interdit d'effacer la marque de ce boitier bleu...

11/ Coller les LEDs et les drivers à la Glu Arctic Silver ou Alumina, ajoutez le radiateur inférieur. Finir de câbler ensuite les différents composants au fer à souder, si possible avec du câble souple silicone. Testez au multimètre le sens du courant, les soudures etc. Attention aux risques d'erreur en soudant les plots de l'inter. Si nécessaire soudez la LED de test rouge.

   
Évolution du câblage. On aperçoit le radiateur sous la lampe et le support en cuivre du spot puis le spot lui-même et enfin la diode de test.

12/ Faites des tests électriques avec des accus ou une alimentation de laboratoire. Réglez votre MaxFlex à l'aide du mode d'emploi selon vos choix.


En phase de tests.

13/ Vissez le couvercle à la lampe. Si nécessaire, peaufinez l'étanchéité et la résistance aux vibrations et petits chocs avec du mastic à bateau (dedans, dehors, autour). Pensez que si vous mastiquez beaucoup, la maintenance ou la mise à niveau ultérieure de la lampe sera plus difficile : à vous de voir... Puis, après séchage, testez l'étanchéité de l'ensemble.

  
Finie, sans mastic à l'intérieur...

14/ Puisque vous avez de la lumière : allez faire de la spéléo, il est grand temps !!!!

NB : Si dans un an ou deux, sortent des LEDs encore plus performantes, il vous suffira de changer les 4 de devant; ça vous prendra moins d'une heure (ouvrir, dessouder, décoller, recoller, ressouder, refermer). Votre lampe est donc évolutive, solide, étanche sous plusieurs mètres d'eau, relativement sûre (deux circuits de lumière indépendants), facilement réparable car les pièces sont remplaçables par vos soins, elle a aussi une grosse autonomie et vous à coûté 4 fois moins cher qu'une lampe du commerce de même puissance. Son seul inconvénient : elle est un peu lourde. Pour l'alléger, plusieurs solutions dont la plus efficace serait de déporter le boîtier d'accus à la ceinture (diminution du poids sur la tête de 70%), mais elle sera alors moins pratique et le boîter sera vite cassé. Autre idée : supprimer le boitier bleu et mettre l'accu dans une poche de la combi; ce sera plus à l'abri des chocs qu'à la ceinture et moins encombrant mais nettement moins étanche malgré la bonne résistance à la pénétration de l'eau des prises XT60. Si vous voulez tout garder sur le casque, d'autres idées : prendre un casque bien moins lourd que l'Ecrin Roc, fixer l'accu directement à l'arrière sans le boîtier bleu (perte d'étanchéité), ne pas bourrer de mastic, mettre une patte avant plus petite et fixe (perte de l'orientabilité pour quelques grammes de moins seulement). À vous de voir avec vos cervicales...

Consommations électriques de la Nipharled IV
LEDs Wide niveau 1
ou Spot niveau 1 : 70 mA
LEDs Wide niveau 2 : 230 mA
LEDs Wide niveau 3 : 290 mA
LEDs Wide niveau 4 : 520 mA
LEDs Wide niveau 5 : 690 mA
La Nipharled IV dispose
en pratique de 32 réglages
d'éclairage différents
8 Grand Angle (1 à 8)
combinés à 4 Spot (0 à 3).
LEDs Wide niveau 6 : 1100 mA
LEDs Wide niveau 7 : 1570 mA
LEDs Wide niveau 8 : 2150 mA
Voir tableau ci-dessous.
LEDs Wide + spot maxi : 3640 mA
Tableau des
réglages de la
Nipharled IV

Les réglages : dans la zone bleue, chaque case correspond à un réglage différent.
On peut les numéroter de R1 à R32 en comptant les cases de G à D et ligne par ligne.
Par exemple le réglage R7 consomme 1570 mA, le réglage R18 consomme 750 mA et le R31 : 3070 mA.

NB : l'éclairage en lumens n'a pas été mesuré au luxmètre mais simplement évalué par calcul.

Conclusions :

1/ Le spot à pleine puissance est à utiliser avec parcimonie, uniquement pour éclairer les grands puits ou cheminés ou pour faire quelques photos.
2/ Testé sous terre, le réglage 20 (GA N4 + S N2) est idéal pour progresser dans de grande galeries (> 10 x 10), il offre un éclairage large (180 °) avec près de 1000 lumens, un point de luminosité plus intense centré sur environ 20% de la surface et une autonomie acceptable de 5 heures environ.
3/ Au bivouac ou dans les boyaux étroits le niveau 0 du GA et/ou du spot s'impose(nt) pour ne pas éblouir les autres.
4/ En parcours classique, alternant salles de taille moyenne (< 15m), puits (de diamètre < 10m), galeries (< 4x6), étroitures laminoirs et boyaux (<20% du temps de progression), on alterne très souvent entre les différents réglages. L'autonomie est donc impossible à calculer précisément. Elle doit tourner autour de 8 heures par accumulateur, l'expérience le dira. Mais avec 4 accus au fond du kit on a de la marge.
5/ Le driver Output SSC siffle un peu au N2. En chauffant il a tendance à se calmer.
6/ À fond, (GA N6 à 8 et S N2 ou 3) il ne faut surtout pas braquer votre éclairage dans le visage de vos camarades. Plus de 2000 lumens de lumière froide ça fait très mal aux yeux, surtout sous terre où la pupille est assez dilatée.

Liste de fournitures
et adresses pour
se les procurer
Autres documents

NB : maxFlex est un produit Taskled

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Tests et constats
après utilisation

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