mercredi, 19 décembre 2018
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PC à bord

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com

Introduction

La généralisation des cartes numérisées et les progrès de l'électronique du bord amènent à se poser la question de l'utilité d'un PC à bord pour la croisière. En course océanique le problème est tranché depuis longtemps, si les PC tombent en panne, l'équipage abandonne le navire : Quelle horreur, il y encore des canots de survie sans PC, vite, les fusées, heureusement que la balise Argos a eu le temps d'envoyer un "Mayday " en voyant l'écran bleu... L'utilité est plus discutable sur un petit bateau.

Nous allons décomposer ce problème angoissant en trois chapitres :

  • A quoi peut bien servir un PC à bord ?
  • Comment résoudre les problèmes posés par l'installation ?
  • Les inconvénients du PC.

Des annexes détailleront les détails pratiques.

A quoi peut servir un PC à bord ?

En premier usage, exploiter la cartographie électronique et le GPS (voir le chapitre dédié). Cela permet d'avoir une collection considérable de cartes qu'il serait impossible d'avoir sur papier. Les programmes actuels sont très élaborés, ils intègrent météo et polaires et permettent le routage. 

Voir le chapitre cartographie électronique

Décoder (avec un bon récepteur et une interface) toutes les cartes et et les bulletins météorologiques émis en décamétrique. Le problème est que ces émissions disparaissent peu à peu voir le chapitre réception météo

Décoder (idem) le Navtex voir le chapitre Navtex 

Se connecter à l’Internet en escale. 
De plus en plus de ports s’équipent et offrent une couverture Wi-Fi autour de la capitainerie. Il est plus agréable de se connecter de sa table à cartes que d’un cybercafé. Hors couverture Wi-Fi , la connexion se fera par le réseau GSM. Une liaison Internet, lente en décamétrique ou rapide par satellite sera utilisée en navigation.
L'évolution est très rapide, voir le chapitre Internet mobile

Récupérer, regarder, et trier les photos de votre photoscope : Voir le chapitre photo numérique

Beaucoup d'autres fonctions sont réalisables avec un peu de matériel et de logiciel annexes, entre autres visualiser dans des fenêtres configurables toute l'instrumentation NMEA.
Voir le chapitre Interface GPS NMEA

Pour les drogués, continuer à travailler à bord, laisser jouer les enfants, jouer au solitaire (c'est interdit en équipage)…

 

Problèmes d'installation

Comment résoudre les problèmes induits par l'installation ? Si vous n'utilisez le PC qu'au mouillage, aucun problème, il suffit de le ranger après usage, bien calé dans un équipet sec. 

Si vous l'utilisez en navigation, c'est un vrai problème par gros temps. Il sera très difficile de le protéger à la table à carte, des coups par un équipier déséquilibré et de l'eau de mer dégoulinant des manches du ciré (j'ai testé, il n'a pas aimé !). Il existe pourtant une très bonne solution :
Il faut cacher le PC (fermé si c'est un portable dans un endroit sec), protégé et aéré voir ventilé

 

Il reste à installer un superbe moniteur LCD très mince. 
Ces excellents moniteurs sont parfaits à la table à carte, les modèles les plus récents consomment moins ont un meilleur contraste que les anciens. La chute de prix est vertigineuse alors que tout le reste de l'équipement non électronique est de plus en plus onéreux.

Attention au bilan énergétique, le rétroéclairage est très énergivore ! Les bons modèles récents peuvent descendre à une consommation approximative de  30 VA en marche et 3 VA en sommeil. Les courants varient énormément suivant les modèles, il faudra les tester au moment de l'achat. Coupez toutes les alimentations hors utilisation des équipements PC. 
N’hésitez pas à prendre un energiemètre dans la poche et demandez au vendeur un test en magasin Lien onsommations

Certains très bons modèles passent en économie maximale en détectant par capteur infrarouge l'absence de l'opérateur devant l'écran qui s'éteint.
Comble du luxe, sur les gros bateaux, un moniteur supplémentaire, ou mieux une tablette, sera renvoyé au barreur avec un cache pour être visible au soleil.

  Ecran LCD supplémentaire

.Pour le clavier, c'est simple, il faut visser un clavier et un trackball supplémentaires sur une planchette qui s'escamote sous la table à cartes par des glissières de tiroirs, si la place l'autorise. Les prix de ces matériels sont très bas, il est possible d'avoir des rechanges à bord. Il existe même des claviers étanches en moulage caoutchouc. Le trackpad s'impose, la souris est totalement incompatible avec la gîte. Un combiné clavier + trackpad économise un câble, mais pour la facilité de la maintenance, il est préférable de séparer les deux éléments. Il faut choisir une grosse boulle, beaucoup plus facile à manipuler en conditions hostiles que les billes ridicules.

L'autonomie d'un portable sur batterie est faible, deux heures quand elle est neuve, la moitié au bout d'un an, quelques minutes au bout de quelques années. Il faut donc prévoir une bonne alimentation. Le dernier chapitre traitera ce point.

Matériel spécifique : Il existe du matériel durci, résistant aux conditions difficiles, mais il est beaucoup plus cher.

 

Solution n'utilisant pas d'écran supplémentaire

Afin d'éviter l'encombrement et le câblage d'un moniteur externe, il reste la solution d'utiliser le matériel d'origine. L'inconvénient est de réduire sensiblement la surface disponible dans la table pour ranger les ouvrages et cartes papier.
Démonter le dessus actuel de la table à cartes et le conserver comme modèle pour le nouveau et pour la revente.
Poser le PC ouvert dans le fond de la table, dans le coin le plus abrité.
Préparer une tablette ajourée pour le surélever, le caler et assurer l'aération. Le clavier sera à ras de la planche du nouveau plateau.
Faire la maquette en carton du nouveau plateau pour repérer les découpes et positionner la nouvelle charnière. En principe, la charnière devra être déplacée pour laisser une partie mobile plus réduite que d'origine. Il faut dégager la trappe du CD.
Réaliser le nouveau plateau en assurant un maximum d'aération par des ouvertures et grilles. L'ouverture sous le PC, dans le fond de la table à cartes ne devra pas pouvoir être obstruée par les documents.
Protéger l'écran des chocs et de la lumière parasite par panneaux latéraux et une visière. Un filtre de protection sera ajouté sur ces panneaux pour le réduire les reflets parasites et éviter les projections d'eau.
Comme précédemment, clavier et trackballs sont sur tiroir coulissant.

  PC dans table

 

Les inconvénients du PC

 

C'est une drogue ! Cela est le vrai danger… Vous finirez aussi à passer trop longtemps devant votre écran sous pilote automatique et oublier dangereusement la veille. La page cartographie évoque les excellents outils de navigation et de routage, intégrant la météo, les polaires, les courants…

Hors navigation solitaire, l'équipage familial va bouder si vous ne décollez pas du clavier, vous ne profiterez plus de ces moments de détente pour lire un bon livre, et il est difficile de faire la rupture avec les problèmes du travail.

Les méthodes classiques de navigation ne doivent jamais être oubliées, carte papier, crayon, gomme et règle Cras, estime, veille et sens marin. Les gadgets électroniques sont très amusants mais une panne totale, qui se produira à coup sûr ne doit pas générer la panique, tir des fusées abandon du navire et attente des secours dans la survie…

La consommation n'est pas négligeable, pensez à bien gérer votre énergie. Le matériel est onéreux, fragile et se périme très vite.

Critères de sélection

Critères de sélection du PC adapté à l'utilisation sur un voilier. 

Il faudra choisir le PC portable suivant divers critères. En 2009, un bon portable de gamme moyenne se trouve à moins de 1000 euros, un haut de gamme le double.

Consommation minimale

C'est un critère majeur pour l’utilisation en cartographie, car le PC reste allumé en permanence en navigation

Beaucoup de ram

Condition simple, prendre d'origine le maximum de RAM (difficile sinon impossible d'augmenter ensuite).
Pour exploiter les lourds programmes, sous Windows XP, 512 Mo sont un minimum, sous Windows 7, 4 Go sont utilisés pour faire sensiblement la même chose. attention à la version de 7 une 32 bits ne gérera jamais plus de 3Go. Pour un PC dans tout les cas n'hésitez jamais à passer à 8 voir 16 Go.

USB

Trois ports USB sont indispensables pour la liaison aux multiples périphériques. Ils seront complétés par un petit hub ensuite. La souris en prend déjà un.

Port série

Le port série sur DB9 a disparu en 2004, comme le port parallèle, mais quantité de matériels l'utiliseront encore longtemps (NMEA du GPS , modems pour BLU , etc.). 
Voir la page USB  pour les possibilités de reconstituer les anciens ports.

Le choix du système

peu importe ce choix du moment qu'il vous convient. Windows offre certe plus de possibilité au niveau logiciel mais un Mac ou un Linux peut être utilisé en effectuant un peu de recherche.

Lecteur graveur de CD/DVD

Il est maintenant standard, la vitesse importe peu. le Blue Ray plus fragile est à éviter à la table à cartes.
Il est bien préférable d’utiliser un boîtier externe relié en USB2 ou 3 qui recevra un lecteur graveur ordinaire, ce qui simplifie grandement le SAV au bout du monde.

La tendance sera à sa disparition au profit de dispositif à mémoire externe tel que les clés USB et autre Carte Flash.

Clavier externe et pointeur

Pour le clavier il existe quantité de claviers moulés et étanche. Pour le pointeur, le track pad semble la meilleures solution car complètement étanche et ne présentant aucune partie mécanique susceptible de se bloquer avec l'air salin

Beaucoup d'autres critères interviennent dans la sélection.

Tous les PC ne sont pas égaux, certains ont un mauvais rendement énergétique et chauffent trop en charge. Cela montre que la batterie est mal gérée et sa durée de vie sera brève. Il faudra alors n'alimenter que le temps strictement nécessaire (avec temporisateur et au moins un capteur thermique sous le PC) et couper quand la batterie chauffe. Vous ne pourrez pas le savoir au moment de l'achat, surprise !

Fonctionner presque fermé : Il devrait fonctionner capot fermé, pour le ranger dans la table à carte par mauvais temps, en désactivant l'écran LCD pour se brancher éventuellement sur un écran externe, cette condition est rare en bas de gamme. En mode fermé, vérifiez qu'il ne surchauffe pas comme c'est souvent le cas, dans ce cas, l'activation des ventilateurs augemente fortement sa consomation.

Disque dur: Ne vous posez pas la question, choisissez la technologie SSD. Il faut en choisir un de qualité bien sur, ce que vous dépenserez là sera une économie piour le future. Ces disque dur sont plus rapides, consomment moins et surtout résisterons beaucoup plus au mouvement du bateau.

Carte Vidéo : Les performances sont importante si pensez faire du montage vidéo, et bien sure si vos enfant veulent utiliser l'ordi pour jouer. dans e cas, il faudra toujours la meilleures carte pour votre budget avec mémoire dédiée bien sure. Si vous envisagez seulement de lire des cartes, faire de l'internet, du traittement de texte, ... une carte de base suffira.

Sortie son : Importante en fonction de la qualité du son exigé pour écouter votre musique et regardeer vos vidéo, certaine carte permetter de transformer votre ordinateur en vritable Home Cinéma. L'entrée compatible Sound Blaster permet de décoder directement les signaux météo de la BLU sans aucune interface...

L'imprimante est un problème à bord à cause de l'approvisionnement en consommables (encre) dans les coins perdus. En réception météo, il est agréable de sortir sa carte sur papier. Le problème est qu’il n’existe plus maintenant que des imprimantes photo couleur alors que le besoin est d’une petite monochrome simple. On peut aisément la remplacer par une tablette qui permettra d'emporter le document sans ancre et sans papier.

  PC portable

 

Remarque sur Windows : Ce n'est pas spécifique au bateau, mais Windows gaspille beaucoup la mémoire et chaque ouverture et fermeture d'un programme diminue le niveau de ressources, le "garbage collector " ne marche pas comme chez Linux, la mémoire se "mite ". Il faut rebooter sous Windows le plus souvent possible, mais heureusement il plante souvent ce qui simplifie le problème.

Configuration des modes d'économie d'énergie. Le réglage des modes d'économie d'énergie sera le plus agressif possible, le gain en énergie est très sensible.

 

Choix du matériel: PC, MAC, Tablette, portable, Mini, ...

Dans toute cette page, je parle principalement des portables. Mais ce n'est pas la seule solution. Sur un gros bateau, il est possible d'aménager un équipet sous la table à cartes qui recevra un PC de bureau classique. Cette solution fixe a divers avantages :
La maintenance est beaucoup plus facile car un portable est généralement impossible à dépanner en croisière alors que les pièces détachées d'un PC classique se trouvent dans le monde entier.
Ce matériel classique est moins cher, avec un petit moniteur LCD, un bel ensemble se retrouve au prix d'un portable moyen.
Il n'y a pas de batterie qui ne se dégradera pas très vite.

Mais elle a aussi des inconvénients :
Matériel plus encombrant. Il faudra bien ventiler l'équipet en branchant la sortie du ventilateur de l'alimentation sur une gaine débouchant dans le carré, l'air étant aspiré par une grille à la base.
Consommation importante, il faut tirer au moins 150 VA sur le convertisseur 12/220 soit une quinzaine d'ampères. Pour fixer les idées, un réfrigérateur ou les feux de navigation consomment en moyenne 3 A...

La voracité des PC fixes

La consommation des PC fixes est très variable, suivant les matériels. Il faut mesurer la consommation moyenne réelle de sa configuration particulière pour avoir une idée. 
Pour les débutants : Réaliser un petit bricolage en branchant en série, une prise mâle et deux femelles. La mâle sera branchée au secteur, une femelle à un bloc de prises (pc, moniteur, blocs d'alimentation), la deuxième femelle à un contrôleur universel, calibre intensité 5 A alternatif, de préférence à aiguille pour intégrer les pics de courant. 
Les règles sont simples, toutes choses étant égales par ailleurs, en simplifiant :

  • Plus le matériel est récent, moins il consomme. Le rendement s'améliore, la tension de service diminue avec des gravures plus fines, les modes d'économies d'énergie par mise en sommeil et le ralentissement de l'horloge sont plus agressifs...
  • Mais plus il est récent, plus il va vite. (depuis 2007, la vitesse d'horloge n'augmente plus, mais les multi cores sont un peu plus performants)
  • Mais plus il va vite, plus il consomme.
  • Plus le système d’exploitation est récent (Windows 8), plus il consomme des ressources système et de l'énergie, mais l'affichage est meilleur, il est plus rapide, a un disque plus gros...

Le courant variera beaucoup, au maximum pendant le boot, moins du quart quand il passe en sommeil, disque et lecteur de cd arrêtés avec écran noir.
Rappel des ordres de grandeur : Si le PC simple consomme un peu plus d'un ampère sous 220 V, la petite alimentation classique 250 VA pourra se contenter d'un convertisseur 250 W qui sera en limite de puissance pendant le boot mais qui refroidira ensuite en fonctionnement normal. Avec un bon rendement (80%) le convertisseur consommera en moyenne 250 W soit 20 ampères sous 12 volts. C'est énorme, une batterie de 75 A*h chargée à bloc ne tiendra pas quatre heures à ce courant en tenant compte des creux de consommation.
Vous comprendrez l'intérêt des modes d'économie agressifs. Il peut être utile de prendre un CPU récent et de " l'under-clocker " en réduisant sa fréquence, mais un portable équivalent consommera toujours beaucoup moins.
Les modèles récents savent très bien gérer l’énergie, et en réglant la configuration sur « économie de batterie », la vitesse du CPU s’adapte automatiquement, le ralentissement de l’horloge en phase de faible sollicitation diminue considérablement la consommation.

Le choix des mini PC

De petites cartes PC comportent maintenant tous les composants et périphériques d'un PC classique. Toutes les combinaisons de puissance et de consommation existent. En utilisant un CPU de performances moyennes, cela donne un très petit PC, silencieux, à faible consommation, économique, qui s'avère parfait pour notre utilisation à bord. Il suffit d'ajouter les disque, moniteur lcd, clavier, souris...
Cette petite boîte discrète, boulonnée dans un coin perdu, n'attire pas l'œil des voleurs qui ne partiront qu'avec le PC portable facile à négocier.
Pour la maison, ce format est aussi idéal en serveur de réseau ADSL et en client peer to peer tournant 24h sur 24 sous Linux. L'offre est abondante en très bons produits qui s'avèrent nettement moins chers qu'un portable.
Les petites cartes cachées ont un autre avantage sur les PC portables qui seront détruits s’ils prennent malencontreusement une giclée d’eau de mer, ou s'ils s'éclatent lors d'un coup de gite. Si le clavier ou la souris sont dégradés, la dépense sera minime pour remettre le matériel en état.

Les formats mini PC (barebone) sont de bons choix possibles pour le bourlingueur.

Les EEPC sont très utiles pour aller lire son mail dans une zone Wi-Fi à l'escale et pour diverses applications à bord, mais leur petit écran n'est pas compatible avec les utilisations de PC principal à la table à carte. Ils sont complémentaires, leur faible consommation les rend indispensables en complément du portable de navigation.

 

Les nouveaux critères de choix

 

Après une étude soignée, la solution de deux PC portables, les derniers encore disponibles avec un port série avait été choisie pour équiper Itzamma. 
Attention, il n’existe plus maintenant sur le marché de PC portables avec port série (voir la page USB > Série) , ni d’imprimante jet d’encre monochrome très légère, pourtant si pratique et économique, il n’y a que des couleurs plus encombrantes.
Un des PC est dédié à la navigation, cartographie, météo, courriel. Le deuxième sert pour les multiples autres activités du bord, le développement, la gestion, la rédaction de documents et même pour les jeux des petits et des grands. 
En cas de panne l’autre portable peut remplir les deux fonctions. Cela a parfaitement fonctionné pendant deux saisons, mais s’est arrêté très brutalement. 
Aux Antilles l’insécurité est de plus en plus élevée, tous les bateaux sont cambriolés en moyenne une fois par an. Tous les copains et navigateurs de rencontre en sont régulièrement victimes, soit par visite armée nocturne avec des conséquences parfois dramatiques pour l’équipage, soit le temps de prendre l’apéritif sur un bateau ami mouillé à 100 mètres par des nageurs qui montent à bord, cassent un hublot avec un levier et repartent en poussant les coussins du carré comme flotteurs avec leur butin. Tous les mouillages des Antilles sont touchés, Français ou Anglais et les voleurs et le matériel ne sont jamais retrouvés. Il y a des cambriolages en permanence et aucun des moyens de prévention connus ne semble efficace. Les hublots et portes de nos bateaux ne résistent pas une dizaine de secondes quand un visiteur à décidé de rentrer sans invitation. 
Suite à la dernière classique effraction, le bateau a été délesté de ses PC, blu, argent et bien d’autres choses. La visite précédente n’avait concerné que le moteur hors bord, parti alors que l’annexe était remontée, moteur cadenassé et huit personnes à bord dormant tranquillement. 
Partant du principe que statistiquement la même chose se reproduira dans l’année suivante, le remplacement du matériel demande un palier de réflexion supplémentaire en accordant moins d’importance au côté technique et en privilégiant le côté sécurité. 
Il semble donc plus rationnel d’abandonner l’idée du portable si facilement volé et de choisir à la place un mini PC comme évoqué au dessus.

Le mini PC est boulonné dans un équipet ce qui rend le vol beaucoup plus compliqué car les voleurs ne s’éternisent pas à bord. En quelques minutes, toutes les caches sont visitées et le butin léger et facile à négocier est évacué.

 

La tablette Wi-Fi

Aujourd’hui, les liaisons Wi-Fi sont très répandues et économiques.
L’idée simple et évidente est d’utiliser à la barre une tablette électronique, constituée par une tablette en liaison Wi-Fi avec le PC dans la cabine qui contient la cartographie, les interfaces NMEA vers le GPS et les instruments. C’est un vrai régal de disposer à la barre, sans fil à la patte, de toute la puissance de l’électronique du bord. Cela marche très bien, mais présente un énorme défaut.
Nous n’avons pas à ce jour d’ardoise blindée disponible (à coût acceptable), qui puisse se ranger mouillée dans la poche du ciré, tomber au virement de bord sans éclater, bref survivre à une petite navigation tranquille. Le matériel actuel est cher et extrêmement fragile, un tel bijou ne peut prendre l’air dans le cockpit que dans un moment de grand calme, hors toute manœuvre, en gros il est donc inutilisable.
Nous attendrons donc que sorte pour un prix acceptable une ardoise Wi-Fi marinisée qui aura un gros succès sur nos bateaux. Il n'existe pas encore de EEPC marinisés à coût acceptable. Une tablette Windows 8 marinisée serait idéale car elle permettrait d'exploiter les logiciels de cartographie du bord, mais il n'y a encore rien d'exploitable. Un Ipad ne sait pas s'interfacer avec les matériels du bord (radar, carto, instruments, moteur,...).

Une tablette présente bien des agréments mais n'est pas assez robuste pour le bord. La durée de vie d'un Ipad en navigation sera très courte sur un petit bateau. Sur un plus de 50 pieds avec roof protégé, c'est très intéressant.

 

Internet à bord

La 3G/4G s'est développée à grande vitesse, elle est utilisable en côtière et permet maintenant d'accéder à l'Internet.
Une page développe ces modes de communication : Internet mobile

L'alimentation du PC

 

Enlever la batterie

La batterie du portable se dégrade très vite, en particulier si elle est utilisée en tampon avec une alimentation permanente. Pour le PC du bord, chargez la batterie à bloc et enlevez-la, elle ne sera remise en place que pour une utilisation en vrai portable. Les matériels modernes marchent sans batterie, sur l’alimentation seule, l'horloge est sauvegardée.

Le fait d'enlever la batterie n'est pas innocent et sans conséquences. Elle n'assure plus alors son rôle de tampon et en cas de fluctuation de l'alimentation (pieds qui se prennent dans les fils, microcoupures secteur,...).
Sur des portables, surtout d'entrée de gamme, il y a une différence notable de rendu d'affichage des photos, suivant que la batterie et la charge sont présentes ou non car la régulation est insuffisante.
Quand on doit retoucher des photos, il vaut mieux garder batterie et charge.

Le seul avantage de travailler sans batterie est qu'elle se dégradera beaucoup moins vite et aura une plus grande capacité quand on en aura besoin.

Certains textes indiquent qu'il faut mieux conserver la batterie déchargée pour le stockage prolongé. Cette erreur provient d'une confusion.
Les batteries Li-on et NiMh se conservent déchargées quand elles n'ont pas encore été mises en service, en sortie de production. Pour faire simple, cette léthargie permet de ne pas démarrer les processus chimiques qui seront activés lors des premières utilisations.

Une fois la batterie cyclée, il est préférable de la conserver chargée, car elle va se décharger inexorablement et si on la laisse trop longtemps sans la recharger elle ne sera plus récupérable.
Si l'on choisit d'utiliser son PC portable sans batterie, il faudra penser à la replacer pour la charger à fond au moins tous les deux mois et elle se conservera longtemps.

La régulation de charge dépend de la gamme du portable. Elle est très médiocre en entrée de gamme, les batteries sont en surcharge en cas de branchement secteur prolongé, elles chauffent et se dégradent. 
Pour vérifier simplement la régulation, éteignez le portable, laissez le branché longtemps puis vérifiez la température de la batterie (si possible au thermomètre à visée). Si la température est supérieure de plus de un degré à celle de la pièce, la surcharge est avérée.

 

Batterie de portable fatiguée

Quand la batterie a trop perdu en capacité et qu'il faut augmenter son autonomie en déplacement hors liaison électrique, il n'y a qu'une solution, utiliser un petit convertisseur 12 VDC vers 19.5 VDC (une trentaine d'Euros pour  45 W avec une série d'adaptateurs). Reste alors à se brancher sur un allume cigare de voiture ou sur une petite batterie transportée dans une sacoche.
N'oubliez pas que pour fournir 45 W, avec un rendement de 75%, il faudra 45 / 0.75 = 60 W d'alimentation soit 5 A sous 12 V, ce qui est beaucoup pour une petite batterie.

 

Alimentation 19.5 V

Les tension des blocs secteurs s'harmonisent à 19.5v (peu critique entre 18 et 21), avec 19.5 volts 3 ampères en pointe, et 1 à 2 A en moyenne. Les nouveaux PC gèrent de mieux en mieux l'énergie, cette consommation de quelques dizaines de watts est remarquablement faible, c'est moins du dixième d'un PC fixe !
De nouveaux cpu sont développés pour économiser l'énergie. Les EEPC sont encore plus économiques. Il faut suivre l'évolution rapide de ces matériels pour s'adapter au meilleur modèle du jour. 
Il existe diverses solutions pour alimenter le PC :

 

Solution simple, le convertisseur 220 volts

Le plus simple (mais pas le plus efficace) est d'utiliser un convertisseur 12 DC vers 220 AC du commerce (DC to AC converter or inverter), c'est simple et économique. Il permet aussi de charger tous les gadgets alimentés par des petits transformateurs et d'utiliser son rasoir habituel et le bloc secteur toujours fourni d'origine.

Une page est dédiée aux convertisseurs basse tension vers 220 V alternatif

En termes de rendement, une alimentation directe 12V dc > 19 V dc sera plus performante que la double conversion.

 Convertisseur

 

Solution à meilleur rendement, l'élévateur 12 >19.5 V

Supposons que nous ayons mesuré un maximum ( batterie vide, disque actif...) de 19 volts 3 ampères.
Il existe des circuits spécialisés pour réalisent simplement une alimentation 19 V 60 W (5 A sur le 12 V) à partir de la tension batterie (comprise entre 11.5 V et 14.5 V en charge), avec un rendement supérieur à 80%.
C'est le meilleur choix possible par élimination des intermédiaires.

 

Cas particulier : alimentation sur bateau en 24 V

Pour alimenter un PC en 19.5 V quand on dispose d'une batterie 24 V, il est inutile de penser à un convertisseur de tension, un simple abaisseur suffit.
Le rendement sera de  19.5/24, soit mieux que 80% car les pertes sont faibles.
Le plus simple est donc d'utiliser un vulgaire régulateur linéaire, par exemple le LM 338, qui ne demande que quelques rares composants très courants pour réaliser parfaitement la fonction. Ce composant est vendu moins de 3 €. 
Vous trouverez d'innombrables documents sur ce sujet, la réalisation est à la portée de tous.
Ne confondez pas, si vous cherchez "régulateur 5A" sur Google, vous trouverez beaucoup de régulateurs pour panneaux solaires, ce qui n'est pas directement adaptable.
Attention à le dissipation thermique, le régulateur devra évacuer 5V * 5A = 25 W, il faudra donc un radiateur.
Il faudra ajouter un interrupteur et un voyant pour ne pas le laisser brancher inutilement, bien que la consommation à vide soit négligeable.

 

Principe des alimentations à découpage

Un aparté pour les technoïdes : Les esprits curieux ont remarqué que le montage de chargeur à découpage décrit en page énergie pouvait avoir d'autres utilisations. Rappel du principe :

Schéma de principe et de réalisation du découpage

Il est possible de remplacer la haute tension secteur redressée à l'entrée, par une autre, tension batterie ou piles. Cela est très utilisé et devient une pompe de charge, permettant d'obtenir n'importe qu'elle tension de sortie avec n'importe qu'elle tension d'entrée, avec un rendement en puissance proche de 90 %. Vous avez cela dans vos appareils modernes à piles. 
Si vous cherchez à obtenir une tension à peine supérieure à la tension de bord, par exemple un 19 V pour alimenter un PC portable, il est plus astucieux d'utiliser la tension de sortie en mode flottant, isolée du 12 volts du bord qui sera mise en série. Par exemple batterie de servitude vide à 11,5 volts, le module fournira une tension maximale de 19-11.5 = 7.5 volts, et avec batterie en charge 19-14.5 = 4.5 volts.
Cette approche a l'avantage d'avoir un rendement maximal, car la partie 12 volts aura évidemment un rendement de 100 %, les pertes n'intervenant que sur le tiers restant de la tension totale, donc réduites globalement d'un facteur trois.
Nous aurons donc 100 % de rendement sur les 2/3 de la tension environ et 88% de rendement sur le tiers restant environ. 
Le rendement final sera donc de (100% * 2/3) + (88% * 1/3) = 96 % 
Nous mesurons effectivement en pratique un extraordinaire rendement global de 95 % avec cette solution très élaborée.

 

L'étrange tension de 19.5 volts

La batterie interne est à basse tension. Les packs actuels sont en principe constitués de la mise en série de quatre triplets formés d’éléments 18650 de Li-ion 3.7 V, 2.2 Ah, soit une tension de 3.7*4 = 14.8V et 6.6 Ah. La tension d’alimentation du bloc chargeur est entre 19 et 20 V. La raison principale est qu'en alimentant à basse tension, par exemple 5 volts, le courant serait quatre fois plus élevé qu'en 20 V, entraînant un problème de qualité de connectique et de diamètre de fils (économie de cuivre). 
De plus les éléments Li-ion se chargent exclusivement à tension constante de 4.2 V. Le chargeur incorporé au bloc fournit exactement 4.2 V à chaque groupement de trois éléments, cela est beaucoup plus évolué que de charger bêtement en série, ce qui produirait une explosion si un des éléments venait à lâcher.
Donc pour 4 blocs, il faut 4*4.2 = 16.8 V, ce qui fait exactement 19.5 V avec les pertes des quatre régulateurs !
Toutes les tensions utiles sont recrées dans le PC, le 19 V est toujours rabaissé à la tension batterie en interne avec un très bon rendement.

Ces éléments  Li-ion18650 sont les meilleurs du moment, ils sont même utilisés assemblés par milliers (malgré leur coût élevé) pour alimenter les prototypes des voitures électriques les plus performants. Une de leurs caractéristiques remarquables est qu’ils peuvent être mis en parallèle, c’est la seule technologie qui le permette.

 

Passer par le 220 volts pour un PC fixe ?

Dans le choix du PC classique à bord, il pourrait sembler logique de vouloir recréer les basses tensions d'alimentation sans passer par le 220 volts alternatif de l'alimentation originale. 
Ce n'est pas une bonne idée pour diverses raisons.

L'alimentation d'origine du PC de quelques centaines de watts ainsi que le convertisseur 12 V DC vers 220 V AC ont un rendement acceptable en charge.
L'alimentation de base est très élaborée, elle gère bien les temps critiques de montées et descentes des tensions et ne tombe en panne que rarement, sauf si le ventilateur se bloque. 
Le risque est grand à bord avec des charges selfiques comme le démarreur ou le guindeau qui polluent énormément le 12 V, d'utiliser une alimentation médiocre bricolée hâtivement.
Les alimentations commerciales PC en 12 V existent mais sont chères.
Le bateau à quai, il vaut mieux rester sur le convertisseur batteries que d'alimenter directement sur le secteur. Le chargeur est en tampon sur les batteries, cela a l'avantage d'éviter de planter le PC quand un farceur vous débranchera la prise.
En résumé, ne bricolez jamais une alimentation de PC si vous n'êtes pas un vrai spécialiste, c'est beaucoup plus complexe et risqué que ne le pense le débutant.

L'alimentation classique 220 V plus le convertisseur 12/220 sera le couple classique qui posera le moins de problèmes.

Un PC fixe avec imprimante écran LCD demandera environ 300 VA.

Consommation d'un PC portable milieu de gamme : Un convertisseur 150 VA sera un bon compromis

Fonction
Courant en 220 V
Puissance
PC éteint, charge batterie
0.4 A
90 VA
En fonction
0.3 A
66 VA (max 150 VA)
En sommeil (batterie chargée)
0.15 A
33 VA

Consommation d'un PC portable (Sony, 2002) : Un convertiseur 100 VA sera préférable

Fonction
Courant en 220 V
Puissance
PC éteint, charge batterie
0.155 A
34 VA

En fonction disque arrêté

0.180 A
40 VA (max 80 VA)
En sommeil (batterie chargée)
0. 03 A
8 VA

Consommation d'un PC portable Celeron 1.4 GHz (Gericom, 2006) : Un convertiseur 75 VA sera préférable

La consommation à zéro signifie qu'elle est inférieure au 1 % de la consommation en exploitation normale, donc négligeable, une fois que la batterie est bien chargée.
Le tableau suivant résume les mesures dans tous les cas pratiques. Nous simplifierons en égalant les VA et les W, ce n'est pas absolument rigoureux car le cosinus phi nest inférieur à 1.

Fonction
Courant en 220 V
Puissance
PC éteint, charge batterie
0 A
0 VA
En fonction sur son bloc secteur 220 V, en moyenne
0.11 A
25 VA

et au maximum, disque sollicité en permanence.
en continue, sortie 19.5 V, 2.17 A = 42.3 W
Rendement du bloc secteur 42/54 = 78%

0.24 A
54 VA
En sommeil (batterie chargée)
0 A
VA

 

Calcul détaillé

Regardons maintenant, pour ce matériel, quel est le rendement d'un convertisseur commercial 12 V DC vers 220 V AC pour voir l'ensemble des pertes. Il s'agit d'un modèle soigné, pseudo sinusoïdal de 150 W
La consommation à la charge maximale du PC est de 4.55 A pour 13.5 V en entrée, soit une puissance absorbée de 4.55*13.5 = 61.5 W
La puissance restituée en 220 V étant de 54 VA, le rendement est très acceptable à 54/61.5 = 88 %
J'en testé beaucoup de modèles 12/220, celui ci est assez cher et de loin le meilleur, les modèles bas de gamme ont un rendement très inférieur.

Attention toutefois de ne jamais laisser le convertisseur branché sur le 12 V sans utiliser la sortie, le courant à vide est de 0.4 A, donc la puissance perdue à vide est de 0.4*13.5= soit plus de 5 watts. C'est une valeur très raisonnable pour un convertisseur de 150 W.

Regardons maintenant le bilan total pour cette installation, batterie 12 V > convertisseur 12 V DC / 220 V AC > Bloc d'origine PC, 220 V AC/19 V DC 
61.5 W consommé sur la batterie, 19.5 V*2.17 A = 42.3 W restitués sur le PC portable en forte charge. 
Rendement total de la chaîne : 42.3/61.5 = 69 %

C'est le meilleur rendement possible, de l'ordre de 2/3 avec cette méthode simple, à la condition de choisir le meilleur convertisseur 12/220 de puissance juste suffisante.
Les pertes à vides seraient plus importantes avec un convertisseur plus puissant sous utilisé.
Un modèle de même classe 75 W aurait eu un rendement légèrement supérieur de 70 %

Un modèle de 50 W pourrait être suffisant en pratique si la batterie du portable est encore bonne, il n'étalerait pas en puissance maximale > 50 W, mais récupérerait en usage normal lors de l'arrêt du disque. Par sécurité nous adopterons un 75 W haut de gamme, qui travaille à fréquence élevée en sortie pseudo sinusoïdale.

Un bas de gamme aura un mauvais rendement, la sortie ne sera pas pseudo sinusoïdale, mais présentera des paliers à fronts raides, ce qui se traduira entre autres par des parasites dans dans tous les appareils du bord, allant de ronflements dans les sorties audio jusqu'à de forts parasites sur toutes les réceptions radio.

Nous utilisons à bord un 75 W très haut de gamme pour le PC et tous les petits blocs chargeurs, un 150 W de moyenne gamme pour le petit électroménager et un médiocre 1500 W pour le four à micro ondes et la grosse perceuse. Le mauvais rendement du gros convertisseur est peu important, car il n'est utilisé que quelques minutes alors que le moteur tourne en fournissant facilement une centaine d'ampères.

Une page est dédiée aux convertisseurs basse tension vers 220 V alternatif

Elle détaille des problèmes d’installation et les spécificités de ces matériels.

 Convertisseur

 

Convertisseurs 12 > 19 V DC commerciaux

Il existe dans le commerce des convertisseurs 12 V > 19V, j'achète souvent les modèles disponibles pour les tester, mais le rendement n'est pas fameux, il tourne entre 70 et 80 %, les plus mauvais chauffant dangereusement à 2 A de sortie.

Convertisseurs basse tension vers basse tension

En résumé, lors de votre choix pensez à comparer ces deux solutions, pour un PC moyen :

Convertisseur commercial 12 V > 19V : Rendement 90 % . . . ou . . . 12 V > 220 V AC > alimentation d’origine : Rendement 69 % .

 

Testez votre installation

Il faudra mesurer la consommation de votre matériel (incluant l'écran supplémentaire, l'imprimante...) pour choisir la taille du convertisseur, juste supérieure à la puissance totale maximale.
Si vous utilisez des appareils de consommation très différente, par exemple un PC de 150 W et un four à micro ondes de 2000 VA, il faudra utiliser deux convertisseurs différents.
Les convertisseurs ont une consommation à vide proportionnelle au courant maximum, le rendement serait catastrophique en faisant travailler longtemps un convertisseur très en dessous de sa puissance nominale.
Il sera donc préférable d’avoir des matériels adaptés et évidemment ne jamais laisser brancher longtemps un convertisseur à vide qui consomme inutilement. Une coupure de la basse tension et le bon dimensionnement des câbles sont indispensables.

Convertisseurs basse tension vers 220 V alternatif

Certains portables bas de gamme ne rechargent quasiment pas la batterie quand ils sont allumés. Cette pratique mesquine permet l'économie d'une alimentation deux fois moins puissante. Sur ces matériels médiocres, il faudra donc toujours laisser brancher l'alimentation, PC éteint quelques heures après utilisation autonome.
Cela est facile à vérifier en utilisant un energiemètre ou un ampèremètre sur le circuit d’alimentation. Voir ici : Consommation des appareils éteints 
Utilisez votre portable hors charge et laissez le fonctionner jusqu’au message de batterie basse. Branchez-le alors, tout en le laissant allumé en contrôlant la consommation.
Sur un PC normal, dans les premières minutes l’alimentation sera à pleine puissance, puis décroîtra doucement.
Laissez allumé quelques heures, la puissance demandée va diminuer de moitié.
Coupez le PC en laissant branché. La consommation va décroître très vite et une dizaine de minutes après sera quasi nulle.
Sur un bas de gamme, PC allumé, la consommation sera toujours maximale, avec un bloc très chaud, et après arrêt, l’alimentation continuera à consommer pendant plusieurs dizaines de minutes.
Les bons matériels chargent en marche, il faut s'en assurer au moment de l'achat, mais l'information est très difficile à obtenir ! Le vendeur n'en sait évidement rien et ce n'est pas écrit dans la documentation. Il faut tester chez soi et changer immédiatement de modèle si le défaut est constaté.

Méthode de mesure du rendement

Il faut prendre des précautions pour mesurer le rendement d’un convertisseur 12 VDC > 220 VAC.
La complication est multiple :
- La tension de sortie d’un quasi sinus n’est pas du tout sinusoïdale et dépend fortement de la charge.
- La charge n’est pas une résistance pure, ce qui entraîne des déphasages courant tension.
- Avec le PC branché, la consommation est très variable.

Notre mesure ne sera donc qu’une approximation
Un ampèremètre, une pince ou un mesureur de consommation ne donneront pas de résultats significatifs sur une forme d’onde imprévisible en entrée d’une alimentation à découpage.
Par exemple si l’on cherche à mesurer le rendement de la chaîne d’alimentations : Convertisseur 12 V DC > 220V AC raccordé à une alimentation de portable 220 V AC 19 V DC.

Méthode acceptable de mesure
Estimer la puissance moyenne consommée par la charge, par exemple 4 A sous 19.5 V soit 78 W.
Remplacer le PC par une résistance chargeant à l’identique soit R=V/I, environ 5 ohms. La puissance dissipée sera P=VI =V2/R = 76 W (il faut une très grosse résistance !)
Dans ces conditions mesurer la consommation de l’alimentation branchée sur le nucléaire parfaitement sinusoïdal, par exemple 0.45 A sous 220 V soit 99 W (= rendement 77 %).
À puissance égale, le rendement trouvé sera meilleur avec résistance pure qu’avec le PC.
Brancher maintenant le convertisseur 12 >220 sur une alimentation de laboratoire de puissance, en raccordant la sortie 220 V sur l’alimentation chargée.
Régler la tension d’entrée pour retrouver en sortie exactement les 19.5 V avec une charge identique.
Supposons que nous trouvions une consommation de 10 A sous 13.2 V soit 132 W.
Le rendement du convertisseur sera donc de 99/132 soit 75 %.
Le rendement total de la chaîne est évidement ici de 76/132 = 57 %, égal aussi à 77 % * 75 %.

N'oubliez pas que les matériels chinois bas de gamme surmarquent largement les puissances. Un convertisseur estampillé 150 W ne devra pas dépasser 75 W en utilisation normale..

 

Les types d'alimentations de PC portables

 

Il existe plusieurs principes pour les alimentations secteur des pc portables

Alimentation passive à deux fils

C'est un simple bloc à découpage fournissant de 12 à 25 V et de 1 à 5 A suivant les modèles. La tension est fixe, le courant est limité pour protéger le PC d'un échauffement excessif. Toute la régulation de la charge batterie est effectuée par un circuit spécialisé indépendant à l’intérieur du PC, qui est actif, même PC éteint. Vous pouvez facilement remplacer par un autre bloc différent qui respecte les spécifications, par exemple un convertisseur depuis le 12 ou 24 V, ce n'est qu'une affaire de prise.

 

Alimentation exotique pilotée à trois fils

La régulation du courant de charge est faite un microcontrôleur dans le bloc, qui dialogue par un fil série, au travers d'une interface dans le PC commandée par des drivers dans le bios. Il y a aussi un autre microcontrôleur dans le bloc batterie. Le panneau de contrôle sous Windows vous montre le nom, type et numéro de la batterie, sa tension, son énergie…. 
Si une des liaisons est coupée, le système ne reconnaît plus la correspondance entre la batterie et le bloc de charge et se met en erreur. C'est le PC qui pilote la régulation dans le bloc d'alimentation.
Certains blocs ont deux sorties, une à basse tension et fort courant qui se substitue à la batterie, une autre à tension plus élevée et courant plus faible qui sert seulement pour la charge. C'est destiné aux portables travaillant longtemps, pour désactiver la batterie interne qui ne supporte jamais une charge permanente.

Il est évidement impossible de remplacer la batterie ou le bloc par un modèle qui ne serait pas d'origine, le constructeur verrouille ainsi la vente d'accessoires en interdisant les produits compatibles. Il vaut mieux éviter ces systèmes exotiques.

La photo vous montre un tel dispositif pour un Sony Vaio, coté batterie, il y en a un autre dans le bloc d'alimentation.

Cette carte très complexe comprend outre le contrôleur, une interface série rapide, des mémoires flash, ram, eeprom, des interfaces analogique-numériques, des commutateurs de puissance…

Batterie Vaio

 

Avantages et inconvénients du découpage

 

Les technologies du découpage sont aussi récentes que la disponibilité à faible coût des commutateurs silicium (mosfet) qui sont des interrupteurs très rapides à perte quasi nulle et inusables. Cela a permis de supprimer les transformateurs lourds et chers des alimentations classiques linéaires. Autre économie, les gros condensateurs de filtrage, les dissipateurs… 
Pour une capacité donnée, le passage aux technologies de découpage fait gagner un facteur énorme, de l’ordre de 10, sur le poids, la dissipation et le prix de production (sinon celui de vente). 
La fiabilité augmente car les composants ne chauffent pas et les gros condensateurs chimiques ne se dessèchent et n’explosent plus. 
La fréquence de découpage de l’ordre de la centaine de kHz permet une réaction très rapide aux pics de charge. 
Les alimentations linéaires finissent leur vie tout comme les tubes cathodiques, bientôt vous n’en verrez que dans les musées. Bref rien que du bonheur avec le découpage…

Il y a toutefois une ombre redoutable au tableau ! 
Les vieilles alimentations, grâce à l’énorme self du transformateur (entre autres), ne renvoyaient pas de parasites vers le secteur d’entrée, même avec une charge bruyante (au sens HF du terme), comme par exemple un moteur avec des charbons en mauvais état. 
Le découpage a un effet très pervers. La sinusoïde très lente du secteur à 50 Hz, est interrompue et rétablie des milliers de fois par cycle. La décomposition en série de Fourrier d’une impulsion montre une infinité d’harmoniques. Le spectre est d’autant plus riche que les impulsions sont rapides. 
L’alimentation se comporte comme une infinité d’émetteurs générant des parasites sur toutes les bandes radio. La pollution est considérable, il est très facile de s’en rendre compte en balayant les fréquences avec un récepteur radiophonique, à proximité de l’alimentation à découpage. Il y a des parasites partout. 
Les chargeurs de quai vendus chez nos shipchandlers sont souvent de réalisation très médiocre et sont de redoutables pollueurs en radiofréquence. 
Si à quai votre réception et vos capteurs électroniques sont bloqués, ne soyez pas angoissé, un voisin doit avoir branché son chargeur. Allez en bout de panne et coupez le disjoncteur pour goûter le silence.

Il n’y a aucune solution simple pour éliminer ces parasites, les filtres magiques sont peu efficaces a posteriori. Il faut éliminer le bruit à sa source lors de la conception en utilisant suivant les règles de l’art, les blindages, un design bien adapté aux hautes fréquences et des composants de qualité. 
C’est un art complexe hors de portée d’un bricoleur que peu de constructeurs maîtrisent, préférant confier l’étude à un stagiaire pour faire des économies à court terme, en partant du principe que le client basique est incompétent et ne verra pas la différence, seul compte le prix de vente.

Le client confronté à un matériel de qualité et un autre très médiocre optera souvent pour le second vendu 20 % moins cher alors que le rapport des prix de production entre les deux peut dépasser un facteur trois… 
De même que vous ne pourrez pas transformer un crincrin en Stradivarius en clouant quelques planches, un dispositif à découpage médiocre le restera toujours.

Utilisez pour résoudre ce problème la poubelle des métaux ferreux afin de protéger l’environnement en respectant le tri sélectif.

 

 

Conclusion

En avoir ou pas… That is the question… D'après les études les plus récentes, Christophe Colomb aurait découvert les Indes (enfin, presque...), sans avoir de PC portable à bord. Cela tendrait à prouver qu'un bateau pourrait naviguer sans quelques PC ! Ne vous précipitez pas sur un achat impulsionnel, si vous n'être pas motivé ou intellectuellement prêt, ce ne sera qu'un gadget inutile… Ne jetez surtout pas vos cartes papier.

Le meilleur modèle : Il y a maintenant beaucoup trop de choix pour pouvoir conseiller un modèle particulier, il en sort tous les jours !
Il faut être opportuniste et fouiner dans les innombrables offres du moment.

 

Les liens PC portables

Convertisseurs basse tension vers 220 V alternatif 
Convertisseurs basse tension vers basse tension 
Les liens convertisseurs, charge, batteries sont en page liens énergie
Consommation appareils éteints
Une page traite des ports USB et leur compatibilité approximative avec les ponts série

Je ne donne pas de liens vers les matériels, il y en a trop et les produits changent tous les jours. Les promotions ne sont décrites nulle part auparavant. Explorer les offres pendant quelques jours avant l'achat.

Le marché propose un très grand choix sur les petites cartes à faible consommation et dissipation, pour faire un bon PC exploitant les logiciels de navigation. 
Cherchez sous Google, "mini pc ".

Un schéma d'alimentation de PC en 220 V : pavouk.comp.cz/hw/Alim_PC_ATX_200W

Nauticom, distributeur de matériel électronique pour la plaisance : nauticom.fr

 

Les alimentations en basse tension pour PC sont rares : 12 volts PC supply (DC DC power) : liens Google

Dernière modification le vendredi, 06 novembre 2015 16:31
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