Anatomie d'un testeur de fuites

Voici la visite guidée d’un circuit de testeur de fuites de coque — une reconstruction du vieux boîtier VDO de l’histoire de HullSentry. Vu de l’extérieur, difficile de faire plus simple : trois fils (plus batterie, moins batterie, coque), une lampe verte qui signifie « le testeur est vivant », et deux boutons-poussoirs. Maintenez TEST+ pour chercher une fuite du plus vers la coque, TEST− pour une fuite du moins vers la coque. Une rangée de quatre LED rouges s’allume, un cran par tranche de 10 mA de courant de fuite, jusqu’à 40 mA.

Aucun bagage en électronique n’est supposé ici, au-delà du nom des composants. Une seule idée est réellement nécessaire : un courant qui traverse une résistance y produit une tension (loi d’Ohm) ; donc si on force un courant à travers une résistance connue, lire la tension revient à lire le courant.

Pourquoi ce n’est pas un circuit à cinq composants

Une fuite est un chemin résistif indésirable entre le câblage batterie et la coque — un câble qui frotte, une vis dans une gaine, de la crasse salée. Le courant continu qui l’emprunte ronge l’aluminium là où il ressort : environ trois grammes par an et par milliampère, concentrés sur une seule piqûre. Pour la détecter, le testeur complète brièvement le circuit de la fuite : relier la coque au pôle opposé de la batterie à travers une résistance de mesure, et tout courant de fuite est obligé de traverser votre mesure sur le chemin du retour.

Dit comme ça, cinq composants suffiraient. Quatre réalités compliquent l’affaire :

• Les deux directions ne sont pas symétriques. En TEST+, le courant mesuré arrive par la coque et repart par le fil moins du testeur lui-même — on peut donc le mesurer juste à côté de la référence 0 V du circuit. Facile. En TEST−, le courant part par le fil plus du testeur et revient à la batterie par le câblage du bateau — il ne touche jamais le fil moins du testeur. Le seul endroit où le mesurer est au potentiel du plus, qui sur un parc 24 V en égalisation monte à 34 V au-dessus de la référence. Mesurer une petite tension en « se tenant » 34 V plus haut s’appelle une mesure high-side, et exige un composant dédié.
• La plage d’alimentation est hostile. Le même boîtier doit fonctionner d’une batterie 12 V fatiguée (~11 V) jusqu’à un parc 24 V en égalisation hivernale (~34 V). Les circuits de mesure meurent au-delà d’environ 32 V : l’électronique a donc besoin de sa propre petite alimentation régulée.
• Le testeur doit survivre à son succès. Si la « fuite » s’avère être un boulon contre la coque, le testeur se retrouve branché en travers de la batterie. Il doit limiter ce courant, encaisser la chaleur, et couper — sans mourir.
• Le testeur ne doit pas mentir. Il ne doit jamais devenir lui-même une connexion à la coque (d’où des boutons à ressort qui s’ouvrent dès qu’on relâche), et un affichage éteint doit être prouvable — c’est le rôle de la lampe verte allumée en permanence.

Le circuit, composant par composant

J1 — le connecteur trois fils. Plus batterie, moins batterie, et un fil vers la coque (un plot de masse ou le bloc moteur). Tout le reste existe entre ces trois fils.

F1 — le fusible réarmable. Un polyfusible est une résistance qui chauffe et devient quasi ouverte quand trop de courant la traverse, puis guérit en refroidissant. Placé dans le fil de coque, c’est la dernière ligne de défense : un court franc pousse ~270 mA dans le testeur, et F1 coupe au bout de quelques secondes. Aucun fusible à remplacer ensuite.

D1 — l’écrêteur de surtensions. Une diode TVS est une soupape qui reste fermée aux tensions normales et s’ouvre d’un coup pour avaler les pointes brèves (transitoires de commutation, statique). Placée entre coque et moins batterie, elle empêche les pointes d’atteindre l’électronique de mesure. Son calibre de 36 V (tension de veille) est choisi pour rester fermée même au pic d’égalisation de 34 V.

SW1, SW2 — les boutons. Un par direction de test. Ils sont momentanés à dessein : un testeur de fuites laissé branché est lui-même une connexion à la coque, précisément le défaut qu’il traque. Le ressort à l’ouverture garantit que le testeur ne peut être une fuite que tant que votre doigt insiste.

R1, R4 — les résistances de ballast. 100 Ω, 4 watts. Leur métier est le pessimisme : si la fuite est un court franc, ce sont elles qui limitent le courant (~270 mA au pire) et qui encaissent la chaleur pendant que F1 se décide. Elles gardent aussi la gamme honnête : assez faibles pour qu’une batterie 12 V allume encore les quatre LED.

R2, R5 — les résistances de mesure (shunts). 22 Ω chacune, une par direction. C’est ici que la loi d’Ohm travaille : chaque milliampère de fuite devient 22 millivolts aux bornes du shunt. Chaque tranche de 10 mA devient ainsi un pas de 0,22 V — qui correspond, à dessein, à l’échelle de seuils de l’affichage. La valeur du shunt est l’étalonnage ; il n’y a rien à régler.

U2 — le capteur high-side (INA168). Le shunt de TEST− flotte au potentiel du plus — l’asymétrie de l’introduction. Lire ses 22 mV par milliampère, c’est lire la montre-bracelet de quelqu’un debout sur un escabeau de 34 volts pendant que vos pieds sont soudés au sol. L’INA168 est un petit circuit fait exactement pour cela : il supporte de se tenir jusqu’à 60 V au-dessus de la référence, lit la petite tension là-haut, et rapporte la valeur au niveau du sol, sous forme de courant. (Tout le montage est en composants montés en surface, taillé pour l’assemblage industriel ordinaire.)

U3, Q2, R3 — le traducteur assorti du canal facile. Le shunt de TEST+ est au niveau de la masse et pourrait piloter l’affichage directement — mais les deux canaux se gêneraient à leur point de jonction. À la place, une moitié d’ampli-op LM358 et un transistor (BC847) convertissent la tension du shunt en courant (courant = tension du shunt ÷ 5,1 kΩ, fixé par R3 — 5,1 kΩ parce qu’il doit s’accorder à un facteur de conversion de 5 kΩ intégré à l’INA168). Les deux canaux parlent désormais la même langue que la sortie de l’INA168. (La seconde moitié de l’ampli-op est simplement inutilisée — un double coûte moins cher qu’un simple, alors elle reste sagement neutralisée.)

R6, C3 — le point de rencontre. Les deux canaux déversent leurs courants-rapports dans une seule résistance partagée de 5,1 kΩ, qui les retransforme en la tension que lit l’affichage. Pourquoi des courants ? Parce qu’une source de courant au repos est effectivement invisible — résistance infinie — donc le canal inutilisé ne contribue exactement rien. Deux sources, un lecteur, aucune interférence, aucune logique de commutation. C3 est un petit condensateur qui lisse la lecture.

R8, R15–R18 — l’échelle de seuils. Une chaîne de résistances suspendue au rail régulé de 8,4 V le divise en quatre prises espacées de 0,22 V — et 0,22 V aux bornes d’un shunt de 22 Ω, c’est 10 mA. Quatre seuils faits d’un simple diviseur de tension. Ils héritent de la tolérance du rail, environ ±10 % ; le cadran d’origine ne faisait pas mieux, et un seul circuit supplémentaire (une référence de précision) rachèterait le 1 % si cela comptait un jour.

U1, D5–D8, R10–R13 — les comparateurs et la barre. Un comparateur est le décideur le plus simple de l’électronique : deux entrées, et la sortie bascule selon laquelle est la plus haute. Le LM339 en contient exactement quatre ; chacun surveille le signal de mesure face à une prise de l’échelle et allume sa LED rouge dès que le signal la dépasse — quatre comparateurs, quatre prises, quatre LED, rien d’astucieux. Historiquement, un seul circuit — le LM3914 — faisait tout cela en interne, mais il n’a jamais existé qu’en boîtier traversant : cette conception reconstruit simplement son intérieur en pièces détachées.

D2, R7, D3, Q1, C1, C2 — l’alimentation privée. L’ampli-op et les comparateurs meurent au-delà d’environ 32 V, et la batterie peut être à 34 V. L’électronique tourne donc sur son propre rail de ~8,4 V, construit à la manière classique : R7 alimente D3, une diode zener de 9,1 V — une soupape de sécurité qui tient sa tension — et Q1, un transistor, copie cette tension stable en fournissant le courant que la zener seule ne pourrait pas (un « régulateur linéaire » en trois composants). D2 est une diode qui bloque tout si la batterie est branchée à l’envers. C1 et C2 sont des condensateurs-réservoirs qui gardent le rail propre. Bénéfice annexe : la luminosité des LED est identique en 12 V et en 24 V.

R9, D4 — la lampe verte. Alimentée par le rail 8,4 V, allumée dès que le testeur est sous tension. Elle répond à la question que pose tout indicateur éteint : est-ce éteint parce que tout va bien, ou parce que le testeur est en panne ? Vert allumé + barre rouge éteinte = réellement sous 10 mA. L’ensemble consomme environ 8 mA sous tension : sa place est sur le circuit instruments commuté — le vert s’allume avec vos instruments de navigation, exactement comme le VDO d’origine.

Les chiffres à retenir

• Seuils : 22 Ω × 10 mA = 0,22 V par cran, calé sur les prises de l’échelle. Précision de l’ordre de la tolérance du rail (~±10 %) — la même catégorie que le cadran d’origine ; les crans restent en rapport exact entre eux quoi qu’il arrive.
• Plus petite fuite détectable : la première LED demande 10 mA, soit ~1,2 kΩ de résistance de fuite en 12 V (~2,6 kΩ en 24 V). C’est délibérément une échelle de défaut franc, dans l’esprit du cadran du VDO. Remplacer les deux shunts par 220 Ω transforme le même circuit en instrument fin à 1/2/3/4 mA — rien d’autre ne change.
• Pire cas : un court franc à 34 V pousse ~270 mA ; R1/R4 encaissent, F1 déconnecte. À 12 V, un court franc (~100 mA) sature simplement la barre — relâchez le bouton.
• Une réserve honnête : sur les bateaux où le moins est volontairement relié à la coque, TEST− sature la barre — à juste titre, puisque cette liaison est une connexion. Seul TEST+ y est significatif.

Là où ça s’arrête

Un testeur à bouton ne connaît la vérité que tant que votre doigt est dessus. Les fuites qui vont et viennent — celles qui font les vrais dégâts — exigent la même mesure répétée automatiquement, avec une résolution bien plus fine. C’est le travail de HullSentry : toutes les 10 minutes, quatre parcs batterie, une sensibilité de l’ordre du microampère, et une mémoire.

basicTester face à HullSentry