Construire un déshydrateur

Version 2 du 20/11/2015

J’ai envie de m’offrir un déshydrateur (pour aliments : fruits, légumes, herbes, ou viande) mais aucun des modèles du marché ne me convient parfaitement, donc pourquoi ne pas construire le mien ?

On trouve ici ou là sur le Web des explications sur la façon d’en construire , mais uniquement sur le principe d’un fonctionnement solaire. Ce qui signifie qu’il faut l’installer dehors, quand il fait soleil, et le rentrer quand tombe la nuit. Ce n’est pas que j’aie quoi que ce soit contre l’énergie solaire, bien au contraire, mais dans ce cas de figure c’est un fonctionnement contraignant, notamment lorsque la déshydratation dure plus longtemps qu’une journée, ce qui arrive.

De plus, j’ai envie d’avoir un appareil encastrable que je puisse incorporer dans un futur bloc de placards. Donc il me faut un appareil qui fonctionne à l’électricité, ce qui n’interdit pas d’imaginer un fonctionnement mixte électricité/solaire.

Et surtout, quand bien même j’aurais trouvé dans le commerce un appareil qui me convienne, le prix de celui qui s’en approche le plus atteint près de 400 €, ce qui fait réfléchir. Et puis j’aime bien bricoler…

Le principe

Avant d’aller plus loin, je me permet de rappeler le principe de fonctionnement d’un tel appareil. Ceux qui savent déjà peuvent sauter cette section.

Pour retirer l’eau d’un aliment, pour la faire évaporer, et ce d’une façon plus rapide que la simple exposition à l’air, on fait circuler de l’air chaud autour de l’aliment, ce qui a pour effet d’accélérer le processus, qui a besoin de chaleur d’une part, et qui d’autre part est ralenti par l’humidité ambiante, il convient donc de renouveler l’air régulièrement.

Un déshydrateur est donc un appareil dans lequel on pose les aliments, et qui fait circuler de l’air chauffé. Afin d’augmenter la surface utilisable, il y a plusieurs plateaux ajourés (ou grilles) posés les uns au-dessus des autres.

On peut faire circuler l’air de bas en haut, c’est la méthode la plus simple à mettre en œuvre mais l’air se chargeant en humidité au fil de sa progression, il agira moins efficacement, et il faudra opérer une rotation des plateaux en cours de processus. On peut aussi faire circuler l’air horizontalement, ce qui est beaucoup plus efficace puisque l’air n’est chargé que de l’humidité d’un seul plateau. Dans ce cas l’air entre par l’arrière et sort par l’avant. En réalité pour les appareils du commerce il sort sur les côtés, à l’avant certes mais sur les côtés, ce qui interdit de l’encastrer réellement. C’est le principal reproche que je leur fait après leur prix.

En ce qui concerne la température à laquelle on va chauffer l’air, elle est généralement comprise entre 35 et 65 °C. On ne veut pas faire cuire les aliments, et on veut surtout leur faire perdre le moins possible d’éléments nutritifs, donc leur garder une qualité d’aliment cru. Un aliment dont la température dépasse 30 °C commence à perdre des nutriments, il faut donc éviter de dépasser cette température. Ce qui ne veut pas dire que la température de l’air ne doit pas dépasser celle-ci. En effet l’évaporation, si elle est favorisée par la chaleur de l’air, reste un processus qui demande une chaleur au liquide évaporé, donc l’aliment se refroidit, ce qui fait que sa température restera inférieure à la température de l’air, et ce proportionnellement à la quantité d’eau qui s’évapore.

Enfin, même si l’humidité ambiante ralentit l’évaporation, elle n’en continue pas moins à se produire, tant qu’on n’a pas atteint la pression saturante. On ne travaille pas en forêt amazonienne, donc même avec un air à 65 % d’humidité on déshydratera encore.

Fin de l’intermède pseudo-scientifique.

Le cahier des charges

Voici les caractéristiques de l’appareil que je prévois de construire. Les caractéristiques relatives aux dimensions et matériaux ne concernent que cet appareil, mais toutes les autres considérations pourront être adaptées à d’autres modèles.

Encombrement et emplacement

L’appareil sera encastré entre deux placards sous un plan de travail, et il y aura encore un ou deux tiroirs en-dessous. Je dispose d’un emplacement de 50 cm de large, par 38 cm de haut, et 40 cm de profondeur (ceci afin de m’aligner sur les autres éléments). L’appareil sera placé contre un mur extérieur orienté plein sud, sur lequel je vais devoir faire des travaux, ce qui me permettrait de prévoir des arrivées et départs d’air si j’envisage un fonctionnement solaire ou mixte.

Matériaux

En bois pour le caisson, et plus précisément du hêtre, pour ses qualités naturellement bactéricides (ce n’est pas par hasard qu’on l’utilise pour faire les planches à découper et les billots). La porte sera vitrée. Je ne sais pas encore si elle sera battante ou abattante.

Les grilles seront tout simplement des grilles à pâtisserie de 30 cm par 40 en inox. Ceci me garantit une qualité alimentaire et les grilles passeront aisément au lave-vaisselle. Elles sont plus petites que les dimensions du caisson mais il faut que l’air puisse circuler.

Les plateaux récupérateurs de jus ou miettes seront des plaques à pâtisserie, pour les mêmes raisons que ci-dessus.

J’ai donc un volume intérieur de 30 cm par 39 cm (les grilles coulisseront dans des rainures creusées dans le bois) par 34 cm de hauteur, soit environ 40 l. En réalité les rainures seront probablement de 8 mm de profondeur, donc une largeur intérieure de 38,4 cm et non 39, ce qui ne change pas grand-chose aux calculs qui suivront.

Pour la partie électrique et électronique, voir plus loin.

Performances

Bien entendu elles seront calquées sur les modèles haut de gamme, tant qu’à faire !

Le caisson pourra être scindé en deux unités distinctes tout simplement en plaçant une plaque récupératrice au milieu de l’appareil. La circulation de l’air sera donc assurée par deux ventilateurs fonctionnant indépendamment. Le chauffage de l’air sera aussi indépendant pour chaque ventilateur, ce qui n’interdit pas d’utiliser les mêmes réglages pour les deux.

La température pourra être soit réglée manuellement, ce qui permettra par exemple de faire des yaourts (température constante de 46 °C), bien que je considère qu’il est bien plus rentable d’utiliser une yaourtière, qui ne chauffe que le contenu des pots, qu’un déshydrateur qui va chauffer tout l’air environnant. Cette utilisation me semble complètement gadget, je ne la mentionne que parce que certains fabricants mettent cette option en avant.

Je préfère nettement une température évolutive pour respecter la qualité aliment cru sans pour autant devoir effectuer l’intégralité du processus à 35 °C. La durée du processus sera également réglable manuellement mais je prévois une automatisation.

Sur ces deux points une nouvelle digression pseudo-scientifique s’impose.

Un aliment déshydraté contient entre 10 % d’humidité (aliments très secs, comme les champignons par exemple) et 20 % (aliments moelleux, comme les abricots ou les figues). Un aliment sec ne relâchera plus d’humidité, alors qu’un aliment moelleux pourra encore en relâcher 1 ou 2 % (j’écris ça complètement au hasard, il faudra que je fasse des mesures). En conséquence, je suppose qu’on peut se dire que si le taux d’hygrométrie de l’air sortant est supérieur de 1 ou 2 % à celui de l’air entrant, l’aliment est moelleux, et sec si les deux taux sont égaux. Ce qui veut dire qu’on pourrait, si mon idée est juste, ne pas indiquer de durée de processus, mais uniquement un degré de moelleux (de très sec à très moelleux) et que l’électronique ferait le reste. Or aucun appareil du commerce ne propose cette fonctionnalité. Donc soit je délire et ce que j’ai écrit n’est pas faisable, soit je suis le premier à y penser, soit plus simplement cela nécessite de l’électronique supplémentaire à celle présente dans les appareils du commerce. Comme je vais utiliser un micro-contrôleur de type Arduino, et qu’il pourra faire tout cela et même plus (surveiller l’arrosage du potager tout en déshydratant les légumes du-dit potager) il pourra également faire ce calcul. Donc je vais tester.

En ce qui concerne la température, un appareil du commerce haut de gamme propose une option intéressante : on démarre la déshydratation à 65 °C, pendant une heure, et ensuite on passe à 35 °C. Ce qui a l’avantage de faire gagner plusieurs heures tout en gardant la qualité aliment cru. En effet, au début l’aliment est très hydraté et perdra beaucoup d’eau, et sa température interne n’augmentera pas. Ensuite, comme il en contient moins, il refroidira moins et on chauffe moins l’air. Mais pourquoi ne pas aller plus loin, et faire baisser la température progressivement en fonction du taux d’hygrométrie, de façon à rester en permanence à 30 °C au cœur de l’aliment ? Là encore des essais s’imposent, mais on peut aussi imaginer mettre une sonde de température dans un aliments référent (ce qui impose qu’ils soient tous identiques dans une même unité du caisson) et laisser l’électronique faire le travail. Ce que je ferai probablement, ne serait-ce que pour faire des relevés de l’évolution de la perte de température en fonction du taux d’hygrométrie et de la température de l’air entrant. De cette façon on pourrait probablement dégager une courbe d’ajustement de la température en fonction des deux paramètres cités précédemment, qui sera éventuellement liée soit au type d’aliment soit plus probablement à sa taille.

Le chauffage et la circulation de l’air

Les appareils du commerce affichent une puissance comprise entre 600 W et 1 000 W, donc regardons ce qu’on peut faire avec de telles valeurs.

Ce dont j’ai besoin, en réalité, c’est d’une relation entre le débit d’air assuré par le ventilateur et la puissance de la résistance chauffante. En effet, plus le ventilateur a de débit, plus l’air circule vite, ce qui diminue la durée de déshydratation, mais moins il a le temps de se chauffer, ce qui implique une résistance plus élevée. Il faut trouver le juste milieu.

Les valeurs numériques dont on a besoin sont les suivantes :

  • la différence de température Δθ qui représente la quantité de chaleur apportée à l’air – on supposera que l’air ambiant fait au minimum 20 °C, et les températures de déshydratation étant entre 35 et 65 °C, Δθ peut aller de 15 à 45 °C ;
  • la masse de l’air M qui est chauffé et qui circule dans l’appareil – elle est égale au volume de l’air multiplié par sa masse volumique, qui est approximativement égale à 1,3 g/l, soit 1,3 10-3 kg/l ;
  • la capacité thermique volumique de l’air, égale à 1,256 103  J⋅m-3⋅K-1 ;
  • le temps pendant lequel l’air va rester en contact avec la résistance sera nommé Δt.

La première formule dont on a besoin est Q = M C Δθ, qui permet de calculer l’énergie nécessaire Q pour procurer une augmentation de température Δθ à un fluide ayant une capacité thermique volumique C, et dont la masse est M.

Donc Q = 1,3 10-3 x V x 1,256 103 x Δθ, soit 1,63 V Δθ.

Ensuite, il faut la relation entre l’énergie et la puissance est fonction du temps pendant lequel l’air va rester en contact avec la résistance : P = Q / Δt. Combinons les deux : P = 1,63 V Δθ / Δt.

Ce qu’on cherche c’est la relation débit/puissance, donc V / Δt = P / 1,63 Δθ. Et comme on cherche un débit en l/s, Δt = 1, et le débit D en l/s est égal à P / 1,63 Δθ.

Les débits des ventilateurs ne sont pas donnés en litres par seconde, qui est l’information qui nous parle, mais en CFM (Cubic Feet per Minute), et 1 l/s = 2.12 CFM. Il faudra donc convertir :

D = 2.12 P / 1,63 Δθ, soit D = 1,3 P / Δθ. Ou encore P = D Δθ /1,3.

Donc, en fonction de Δθ :

  • Δθ = 45 °C : P = 38,5 D ;
  • Δθ = 30 °C : P = 23 D ;
  • Δθ = 15 °C : P = 11,5 D.

Juste pour voir comment on pourrait faire ça avec une résistance de 300 W :

  • Δθ = 45 °C : D = 1,3 x300 / 45 = 9 CFM ;
  • Δθ = 30 °C : D = 13 CFM ;
  • Δθ = 15 °C : D = 26 CFM.

On voit qu’il faudrait des débits très faibles par rapport à ce que donnent les ventilateurs de PC standards. D’autant plus que pour faire circuler au mieux l’air dans une unité de 17 cm de haut, un ventilateur de 14 cm de diamètre est nettement plus adapté qu’un ventilateur de 9 cm.

On en trouve à 60 CFM, mais qui peuvent descendre au tiers via la régulation de vitesse, ce qui en outre influera également sur l’impact sonore.

Donc si on prend la vitesse de rotation minimale, on arrive à 20 CFM, ce qui donne (à la louche), en fonction de Δθ :

  • Δθ = 45 °C : P = 800 W ;
  • Δθ = 30 °C : P = 400 W ;
  • Δθ = 15 °C : P = 200 W.

On est largement au-dessus des 300 voire 500 W des appareils du commerce !

Il faut dire qu’on ne se situe pas dans la même logique que le refroidissement d’un ordinateur, où les ventilateurs doivent être le plus puissants possible. Sur les appareils du commerce dont j’ai pu voir des photos assez précises, on voit bien d’ailleurs qu’il y a nettement moins de pales que sur un ventilateur de PC. Une solution serait donc de retirer un tiers ou la moitié des pales, mais aura-t-on une modification du débit directement proportionnelle, et de quelle façon ? Car l’idéal serait d’avoir un ventilateur qui aille de 8,6 à 26 CFM, ce qui permettrait de réguler la température pas seulement en thermostatant la résistance, mais aussi et tout simplement en jouant sur le débit. Dans ce cas on dépense toujours autant d’énergie électrique pour la résistance, mais pendant moins longtemps, donc la consommation sera probablement équivalente… Et on diminue la durée du processus.

Conclusion : des essais s’imposent. Pour déterminer la perte de débit je vais tout simplement faire gonfler un sac poubelle de 30 l par le ventilateur et chronométrer. Puis retirer une pale, puis deux, et l’augmentation de durée de gonflage me donnera un ratio débit/nombre de pales.

Mode de chauffage

Plusieurs possibilités existent :

  • des ampoules chauffantes (celles que l’on trouve aux rayons animalerie), simple à utiliser mais prennent de la place et sont fragiles ;
  • des résistances chauffantes, comme celles que l’on trouve également en animalerie pour les aquarium ou terrarium, mais leur puissance me semble un peu faible ;
  • résistance bobinée en spirale, ce qui semble le meilleur choix puisqu’équipant les appareils du commerce.

À force de chercher j’ai fini par trouver qu’il existe des résistances spiralées pour couveuse, c’est parfait. Si on peut les couper en deux pour faire deux résistances plus faibles, c’est tout simplement l’idéal : une résistance de 300 W séparée en 200 et 100, ce qui permet de les courber en deux cercles concentriques devant le ventilateur. Pour un Δθ de 15 °C celle de 100 W suffit. Pour 45 °C on met les deux, et pour les températures intermédiaires, celle de 200 W. Et pour ajuster les températures, on joue sur le débit, donc plus besoin de thermostat !

Sinon on peut jouer sur plusieurs ampoules, ou résistances d’aquarium. Mais ça prendra plus de place.

Les entrées et sorties d’air

En considérant que j’utilise des ventilateurs de 14 cm, ils auront chacun une surface d’entrée d’air de 150 cm2, soit 300 au total. Il me faut donc une entrée d’air équivalente. Or j’ai un espace entre le fond du caisson et le mur d’exactement 50 par 6 cm, soit les 300 cm2 dont j’ai besoin. Elle est pas belle, la vie ?

La sortie d’air se fera à l’avant, de chaque côté de la porte, qui fera 42 cm de large, il restera donc 8 cm par 38, ce qui fait 304 cm2, encore une fois exactement ce qu’il me faut. L’air sortant arrivera sur les tés de la porte par quatre sorties de 15 cm de haut par 5 de large percées dans les tés des unités, ce qui donne encore 300.

L’électronique

Je parlerai ici des deux aspects, le matériel et les fonctionnalités, donc l’aspect logiciel.

Le matériel

Outre le micro-contrôleur et son alimentation, il me faudra :

  • un bouton Marche Arrêt général de l’alimentation électrique, c’est une évidence ;
  • des capteurs de température et hygrométrie numériques (il en existe des modèles qui font les deux à la fois), et qui seront placés à l’intérieur de chacune des deux unités, sur un des côtés à distance égale du fond et de l’avant afin d’avoir une valeur moyenne – idéalement on devrait mettre un capteur de température en entrée et un capteur d’hygrométrie en sortie, le coût en serait plus élevé, mais c’est une option à ne pas écarter ;
  • une prise USB pour la mise à jour des programmes ;
  • un éclairage intérieur (probablement à base de rubans LED) ;
  • de nombreux boutons de réglage, des afficheurs LED à 7 segments, etc. pour tout ce qui est réglages et contrôle du processus.

Ce dernier point amène à parler des fonctionnalités que je recherche :

  • contrôle de la vitesse des ventilateurs, car comme le montrent mes calculs plus loin, c’est indispensable ;
  • contrôle de la température de l’air pulsé par les ventilateurs, et ce de façon indépendante, donc éventuellement un système de thermostat assuré par le micro-contrôleur pour ajuster la puissance des résistances chauffantes, si je n’arrive pas à faire ce que j’ai décrit plus haut, à savoir deux résistances complémentaires ;
  • coupure automatique si la température dépasse 70 °C – ceci signifierait qu’il y a un problème de résistance – il faudrait que cette sécurité soit immédiatement après l’interrupteur général et ne dépende pas du contrôleur ;
  • coupure automatique des résistances également si le ventilateur ne tourne pas – bien que dans ce cas la coupure se fera certainement toute seule puisque sinon la température de l’air continuerait à monter mais l’air resterait chaud inutilement ;
  • minuteur indépendant par unité, ou commun aux deux, si la séparation est amovible ;
  • en cas d’absence de réglage de durée, possibilité de paramétrer une durée maximale de sécurité (100 heures par exemple) ;
  • possibilité de régler la température soit manuellement soit automatiquement, et ce pour chaque unité – réglage avec un ou plusieurs boutons ou inverseurs par exemple ;
  • possibilité de suspendre le chauffage et la circulation de l’air le temps d’ouvrir la porte – un micro-contact sur l’ouverture de la porte semble largement suffisant ;
  • éclairage de l’intérieur – bouton en façade pour allumer sans ouvrir la porte et le même micro-contact sur l’ouverture de la porte pour allumer automatiquement dès qu’on ouvre.

Je pense qu’avec tout ça on a un appareil très performant. Le problème est que cela nécessite de nombreux boutons de réglage et de nombreux afficheurs à placer sur le bandeau de commande et d’affichage qui prendra de la place en partie supérieure de l’appareil :

  • un inverseur – ou des boutons poussoirs – pour sélectionner le mode température manuelle ou automatique ;
  • un inverseur à trois positions pour déterminer si on utilise uniquement la partie haute, les deux de façon unique (mêmes températures et durées) ou de façon séparée (températures et durées différentes) ;
  • un système d’entrée des valeurs, pour lequel on pourrait privilégier un petit pavé numérique, c’est plus agréable que d’appuyer à répétition sur un bouton, et plus facile à gérer électroniquement qu’un bouton rotatif – il faudra prévoir d’y intégrer quelques diodes indiquant quelle valeur on règle, le choix de celles-ci se faisant en appuyant une ou plusieurs fois sur les touches # et *, ce qui fera défiler les paramètres dans l’ordre croissant ou décroissant ;
  • un inverseur pour basculer le réglage et l’affichage d’un étage à l’autre en cas de fonctionnement séparé ;
  • un inverseur Farenheit/Centigrades, pourquoi s’en priver ;
  • un afficheur à LED 7 segments 4 chiffres pour la ou les températures – il faut 3 chiffres pour la valeur proprement dite (en Farenheit on dépasse facilement les 100 °), un 4e pour afficher un F ou un C, c’est quand même plus agréable et ça ne coûte pas grand-chose ;
  • ce même afficheur ou un autre pour l’hygrométrie – ce n’est pas une question de coût mais de place et d’esthétique – si on utilise un seul afficheur pour les deux (voire quatre) valeurs, on en fera alterner l’affichage ;
  • un inverseur pour choisir de régler manuellement la ou les durées, ou de laisser les capteurs d’hygrométrie faire le travail ;
  • un afficheur à LED 7 segments 4 chiffres pour la ou les durées, sous la forme hh:mm, et au cas où la durée dépasserait 99 h 59 mn on basculera sur hhhh ;
  • un dernier inverseur pour afficher la ou les durées restantes ou déjà écoulées.

En outre il faudrait même idéalement prévoir devant chaque afficheur un chiffre supplémentaire qui indiquerait de quel compartiment il affiche les informations, en utilisant le segment supérieur, inférieur, ou les deux (comme l’indication de la sole et la voûte sur l’afficheur de mon four).

Vu tout ce qu’il est nécessaire d’installer comme commutateurs, afficheurs, inverseurs… et que ceux-ci ne peuvent pas afficher la totalité des informations, il est judicieux de se poser la question de la pertinence de ce système. Et un écran tactile ? Hé bien il serait tout simplement nettement moins onéreux que tout ce qui précède, et infiniment plus souple et versatile.

Non seulement il remplacerait tous les commutateurs, clavier numérique, afficheurs et autres, mais de plus on pourrait avoir un affichage graphique, sous forme de barres de progression colorées, par exemple. De plus, on pourrait avoir un menu déroulant, lequel permettrait de configurer les paramètres système, tels qu’une coupure automatique au bout d’un certain nombre d’heures si rien n’a été saisi (prévention des négligences et oublis), le taux d’hygrométrie final désiré, si on laisse le système déterminer la durée du traitement, et même, pourquoi pas, une sélection des températures et durées non en valeurs numériques, mais en choisissant un type d’aliment dans une liste déroulante… Bref, pour résumer, on peut absolument tout imaginer, tout est possible, ce n’est que du code à écrire !

Et bien entendu, puisque cette interface graphique n’est rien d’autre que des lignes de code dans la mémoire du micro-contrôleur, on pourrait avoir différents thèmes graphiques, que l’on pourrait assortir avec la décoration environnante.

Mais allons plus loin : il est nécessaire de pouvoir régler les durées et températures (encore qu’en mode hygrométrie mesurée on n’en a plus besoin), mais est-il nécessaire de pouvoir les lire en permanence ? D’où la section suivante.

Application smartphone

Hé oui, tout ce qui vient d’être écrit ci-dessus par rapport à l’écran tactile peut se faire sur un smartphone via Bluetooth, ce qui évite l’achat et l’installation du-dit écran. Mais impose d’écrire une interface graphique plus élaborée. Cependant pourquoi pas ?

Dans ce cas on peut ajouter une petite sonnerie ou petit coup de vibreur pour prévenir que le traitement est fini, là aussi c’est gadget, mais encore une fois pourquoi pas ?

Ce qui change fondamentalement par contre, c’est l’aspect du bandeau, parce qu’on n’en a tout simplement plus besoin. Quel que soit le micro-contrôleur utilisé, il se logera facilement dans un petit coin sur un des côtés derrière les sorties d’air, ainsi que l’alimentation. Donc l’intégralité de la hauteur devient disponible pour les grilles.

Le bouton général sera dans le coin supérieur droit, dans l’évidement de la sortie d’air.

Reste l’affichage. Les deux seules informations pertinente que l’on ait besoin de contrôler visuellement et facilement, sont ;

  • l’appareil fonctionne ou est en pause ;
  • quelle durée reste-t-il.

Une seule LED peut indiquer ces deux informations, il suffit qu’elle soit RGB. Si elle clignote, ça veut dire que l’appareil fonctionne, si elle est éteinte, il est en pause ou arrêté, et si elle est allumée en permanence, le processus est fini. Mais on peut bien entendu avoir envie d’une autre logique, avec l’Arduino et une interface Android c’est facile à modifier, éventuellement avec un menu Préférences.

Pour l’indication de la durée restante, on fait varier la couleur de la LED. Si c’est rouge c’est qu’il reste beaucoup de temps, si c’est bleu (ou vert comme on veut) c’est que c’est bientôt fini.

Mais on peut aussi avoir envie d’un vrai afficheur LED, qui dans ce cas pourrait afficher alternativement la durée restante dans l’un ou l’autre des unités (si elles sont différentes), plus un bouton poussoir qui permettrait de faire défiler les autres informations (températures et hygrométries par exemple), avec retour automatique aux durées après 5 secondes d’inutilisation. Cet afficheur pourrait avoir sa place dans l’encadrement supérieur de la porte.

Dans ce cas, on lui adjoint 3 boutons poussoirs, ce qui permet de programmer l’appareil indépendamment du smartphone, mais de façon nettement moins ergonomique :

  • le premier bouton fait défiler les fonctions, et valide les changements apportés ;
  • les deux suivants servent à in/dé-crémenter les valeurs.

C’est un fonctionnement relativement courant, des fonctionnalités basiques accessibles en façade, pas forcément de façon ergonomique, et des fonctionnalités avancées accessibles uniquement via la télécommande.

Le coût

Les prix ci-dessous sont approximatifs, c’est une moyenne des divers prix constatés sur les sites marchands que j’ai visité, et je considère qu’on ne prend que le meilleur :

  • Le bois (hêtre) 60 € (ou moins selon le bois) ;
  • Les ventilateurs 20 à 30 € selon le volume sonore ;
  • Les résistances 45 € les deux, on peut commencer par une seule ;
  • Le micro-contrôleur Arduino Nano, environ 4 € ;
  • Le module Blue-Tooth 6,50 € ;
  • Les capteurs T/H 3,50 € pièce – il en faut 3 (4 pour le solaire) ;
  • Afficheur LED 7 segments 2 €, un ou deux selon ce qu’on a envie d’afficher ;
  • Boutons poussoir quelques €, ou récupération ;
  • LED RGB 1 € pièce, une par unité – facultatives ;
  • Grille 11 € pièce, on peut commencer avec 5 voire moins ;
  • Plaque inox 20 € pièce, on peut commencer avec une seule ;
  • Plaque en tôle bleuie ou noire 14 € pièce.

On dépasse les 200 € mais on a un appareil haut de gamme pour moitié prix. Et on peut commencer avec peu de grilles, une seule unité, voire fabriquer un appareil ne comportant qu’une unité, donc deux fois plus petit…

Fonctionnement solaire

Le fonctionnement tout solaire n’est pas réellement possible, puisqu’on devra malgré tout utiliser des ventilateurs, la convection naturelle ne pouvant assurer une circulation horizontale – bien qu’on puisse prévoir un panneau solaire pour les alimenter, voire une batterie permettant leur fonctionnement également en l’absence d’ensoleillement.

La seule chose qui change c’est l’utilisation d’air chauffé par le soleil, donc l’éventuelle absence des résistances. Je considère donc pour la suite que le fonctionnement sera en réalité mixte.

En ce qui concerne les flux d’air, il est relativement faisable d’utiliser l’air extérieur pour déshydrater les aliments, mais refouler l’air à l’extérieur à l’issue du processus impliquerait, dans l’état actuel de l’étude, des percements trop conséquents dans le mur, donc je considère qu’il sera rejeté à l’intérieur.

Comme on le verra plus loin, la maîtrise de la température de l’air sera nettement plus complexe à mettre en place qu’en tout électrique, particulièrement si on veut fonctionner avec les deux unités autonomes. Je considère par conséquent qu’on n’utilisera qu’une unité, qu’elle soit simple ou double (les deux unités fonctionnent de la même façon).

Pour le texte qui suit je suppose que tout le monde sait comment fonctionne un capteur solaire thermique.

Capteur thermique

Ce sera un classique panneau, soit une vitre et une tôle métallique noire. Reste à déterminer ses dimensions, ou plutôt a voir si celles-ci sont compatibles avec le débit du ventilateur. En effet, bien que l’air ne soit plus chauffé par une résistance électrique, il faut quand même que son débit lui permette d’arriver à la température adéquate. Ce qui implique que non seulement on doit là encore contrôler la vitesse des ventilateurs, mais également prévoir un volume d’air à chauffer adapté. Le problème est qu’on ne peut pas connaître la puissance chauffante du soleil, seules des expérimentations permettront de s’en faire une idée.

Je ne prévoie pas de faire un panneau chauffant qui se déplace, qui serait contraire au choix d’avoir un appareil encastré, donc statique. J’ai la chance que le mur où sera placé l’appareil soit orienté plein sud, et j’ai un emplacement disponible de 50 cm par 2,40 m où je peux placer ce panneau. Il sera incliné de 30 ° – il semble que ce soit l’inclinaison recommandée un peu partout.

Ensuite, on peut envisager deux manières de chauffer l’air :

  • chauffage direct : l’air qui entre dans l’appareil est celui qui circule entre le vitrage et la tôle noire ;
  • chauffage indirect : l’air qui entre dans l’appareil circule sous la tôle noire, et l’air situé entre le vitrage et celle-ci sert de tampon, de réservoir à calories.

Il reste à fouiller plus avant dans les forums dédiés au solaire afin de déterminer la méthode la plus performante.

Vu les dimensions du panneau, en chauffant une lame d’air de 3 à 4 cm, j’aurai un volume d’air équivalent au volume interne du caisson, je ne sais pas si ce sera suffisant, à calculer.

Ajustement de la température solaire

Je n’ai recensé que deux moyens de modifier la température de l’air chauffé solairement :

  • des panneaux réfléchissants qui permettent soit de concentrer les rayons solaires sur le vitrage, soit d’ombrer une partie de celui-ci ;
  • un ombrage déroulant.

Panneaux réfléchissants

Ils semblent constituer le bon choix, puisqu’ils permettent de contrôler la température à la hausse comme à la baisse. Par contre ils nécessitent une motorisation plus importante et plus complexe qu’un simple ombrage déroulant. Et donc une programmation plus poussée, des capteurs permettant de déterminer l’azimut et la hauteur du soleil… Sans compter qu’il faut prévoir un fonctionnement anti-tempête, pour éviter qu’un coup de vent n’arrache les panneaux.

On sort donc largement du concept initial, et ce point sera complété plus tard. Ou pas, d’ailleurs, tellement les coûts de fabrication sont sidéralement plus élevés que la consommation électrique du non-solaire.

On peut aussi manœuvrer les panneaux manuellement, mais on sort du principe que tout doit être automatisable.

Ombrage déroulant

Afin d’éviter d’éventuels problèmes d’arrachement dû au vent, de salissures et autre, cet ombrage doit se situer sous le vitrage, ainsi que sa motorisation. Ce système a cependant deux inconvénients : une grosse inertie thermique est à craindre, donc les ajustements de température impliquent que les vitesses des ventilateurs soient adaptées, et surtout le moteur devra être relativement puissant pour manœuvrer correctement l’ombrage.

Là encore, rien n’empêche de contrôler manuellement l’ombrage, au moyen d’un paillasson posé sur le vitrage par exemple.

Contrôle de la température

Si on ne peut pas ajuster la température de l’air d’un point de vue strictement solaire, on pourrait se contenter de ne rien faire, et laisser l’air monter à la température que le soleil lui donnera, mais ça risque de nuire à la qualité de la déshydratation. Comme dit plus haut, j’exclue le fonctionnement à température fixe, un déshydrateur n’est pas une yaourtière.

Heureusement, il existe plusieurs autres moyens d’ajuster la température. Tout dépend du cas dans lequel on se trouve :

  • elle est inférieure à celle nécessaire, et ce même avec les ventilateurs à basse vitesse ;
  • elle est supérieure à celle nécessaire, et ce même avec les ventilateurs à grande vitesse ;
  • entre les deux, on peut la contrôler avec les ventilateurs – c’est le cas de figure le plus intéressant.

Dans le premier cas, on a plusieurs possibilités :

  • la température est inférieure à 35 °C, mais supérieure à l’air intérieur à la cuisine, on prend l’air extérieur mais on est obligé d’utiliser les résistances – ceci peut se produire lorsque l’ensoleillement diminue ou disparaît, donc permet de gérer le fonctionnement nocturne ;
  • la température est supérieure ou égale à 35 °C et on n’a pas besoin d’une température précise, on laisse les choses se faire à vitesse lente.

Dans le second cas, il ne reste plus comme solution que de refroidir l’air en le mélangeant à de l’air ambiant.

Dans le troisième cas, on jouera sur la vitesse de rotation des ventilateurs pour laisser l’air chauffer plus ou moins longtemps.

Contrôle de l’hygrométrie

Utiliser un air chauffé par le soleil mais plus humide que l’air intérieur ralentira le processus. Comme on dispose de sondes, on pourra paramétrer à partir de quelle différence de taux d’hygrométrie il faudra repasser sur l’air intérieur, donc le fonctionnement électrique.

Ceci sera particulièrement utile en fonctionnement nocturne.

Mélangeur d’air

Dans le cas où l’air est trop chauffé, on peut tout simplement le mélanger avec de l’air non chauffé, de façon à atteindre la bonne température. Ce système est le seul à pouvoir être installé à l’intérieur de la cuisine, on n’a rien d’autre à l’extérieur que le panneau vitré. Comme je fais le choix de rejeter l’air sortant dans la cuisine, l’air non chauffé proviendra également de la cuisine. De toute façon, en général quand on fonctionne au solaire, c’est qu’il fait plus chaud dehors que dedans, et c’est de l’air froid dont j’ai besoin pour ajuster la température.

Voici comment j’analyse mes besoins pour ce mélangeur :

  • il est composé de deux modules, l’un qui laisse entrer l’air chauffé solairement, qui est fixé dans le mur à demeure, et qui comprend une sonde température/humidité – l’autre est interne au déshydrateur, et laisse entrer l’air ambiant, et se rajoute sous le caisson tout électrique, et comporte également une sonde ;
  • le chauffage solaire étant assez performant (on peut atteindre des températures de 120 °C) on n’aura peut-être pas besoin d’une surface d’entrée d’air aussi importante que la surface totale, il faudra faire des essais ;
  • si on veut avoir une surface correspondant aux ventilateurs, il faut une entrée circulaire de 20 cm de diamètre, ou rectangulaire 20 cm de large par 15 cm de haut que l’on pourra fermer avec une trappe – la largeur doit être inférieure à la moitié de la largeur du caisson, de façon à permettre une ouverture totale, en tenant compte de l’encombrement de l’encadrement et la motorisation ;
  • le principe du mélangeur est qu’il laisse entrer tout ou partie de l’air extérieur, et qu’il complète avec l’air intérieur – donc lorsque l’air extérieur est plus froid que l’air intérieur, on revient tout simplement et automatiquement en fonctionnement tout électrique ;
  • pour les deux modules, le réglage du flux se fera au moyen d’une trappe qui se déplacera horizontalement de façon à occulter tout ou partie de l’air – pour l’air extérieur, elle coulissera de gauche à droite ou l’inverse, et pour l’intérieur d’avant en arrière, sous le caisson ;
  • les températures n’évolueront pas à une vitesse vertigineuse, et le flux d’air ne sera pas monstrueux en terme de pression ou de débit, donc deux moteurs de faible puissance et fonctionnant à petite vitesse suffiront, pour autant que la trappe soit facile à manœuvrer.

La vitesse de rotation des ventilateurs restera maximale, afin d’avoir une durée de processus la plus courte possible, on n’ajoutera donc que la quantité d’air froid nécessaire.

Conclusion

Il ne reste plus qu’à tester, que ce soit les réglages de débit des ventilateurs, les résistances, etc. Ce qui laisse le temps de construire le caisson, acheter les grilles. La partie matérielle sera plus rapide et plus simple à mettre en place que la partie électronique et programmation, mais malheureusement la plus onéreuse.

Je mettrai ici au fur et à mesure les évolutions des essais et des recherches.

 

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4 Comments

  1. Hello, je vais essayer de me lancer également à la fabrication d’un déshydrateur électrique, en partenariat avec un fab lab près de chez moi… Affaire à suivre… j’attends ta création et les photos avec impatience

    • Le mien ne sera pas fabriqué au mieux avant l’été… Et je vais commencer par la partie software, ça ne sert à rien que je fabrique le caisson si ne ne sais pas le contrôler. Donc en premier il n’y aura pas de photos mais du code.

      Et moi de mon côté j’attends des nouvelles de ton projet.

  2. Salut !
    As tu fabriqué ton Désydrateur? j’aimerai en faire un aussi avec un rendement à moindre cout. As tu fait des essaies avec les différentes résistances?
    Le meilleur sur le marché est le Escalibur. 2900 sans le lcd juste un bouton temperature. D’après les test il faut le baisser de 118 à 105 pour qu’il ne dépasses pas les 42 degres C un gros ventilo. J’ai un lien si jamais. Pas de séparation dans celui là . le Sedona par contre montes pas plus mais descend beaucoup plus bas. Il faudrait savoir les valeurs des pièces de l’Escalibur . Grilles 35 35. Si jamais pour les grilles ya du tissé au m2 moins cher que les grilles. Faut faire les cadres. sinon ya ds grilles en inox pas chères aussi en récup de fours etc…
    Merci de me laisser savoir. De mon coté j’aimerai un truc simple pas cher genre un thermostat. La prise suffit pour l’allumer ou l’éteindre pas besoin de boutons. Par contre l’hydrométrie jaime bien bonne idée mais bon ca diffère tellement sur chaque aliments. Faut mieux juste controler au bout de 24h en gros et faire plus ou moins.
    Biz
    Nat

    • Non je ne l’ai pas encore fabriqué, ce ne sera pas avant le printemps, voire l’été, et de toute façon je l’annoncerai ici (probablement dans un autre article, car je détaillerai la fabrication, photos à l’appui).

      Si j’ai publié cet article si tôt, c’est pour amorcer une éventuelle discussion, et j’ai bien fait, puisque ça marche.

      En ce qui concerne les appareils du marché, j’ai pas mal écumé le Web et les sites marchands, et j’ai vu et analysé l’existant avant de me lancer dans mes réflexions.

      Pour le non-tissé, j’y ai aussi pensé, mais nettement moins simple à nettoyer, surtout si les cadres sont faits en bois. Et il y a pas mal d’aliments qui vont perdre du jus.

      Les grilles de four aussi j’y ai pensé, mais le problème est de trouver la bonne dimension, et en nombre suffisant. Et s’il faut les acheter le coût sera sensiblement identique, mais je vais ajouter ça dans le texte, certains pourraient préférer.

      Pour faire un truc plus simple, genre juste thermostat, il y a les résistances d’aquarium, qui sont thermostatées de façon autonome. Mais c’est moins simple à manipuler, il faut aller régler sur la résistance. Donc pas mon concept. Mais ce sera effectivement moins cher et plus facile à fabriquer.

      Pour l’hygrométrie, bien sûr qu’elle change selon les aliments. C’est pour ça que je pense me baser sur cette mesure plutôt que faire comme l’Excalibur qui commence à 65° et passe à 45° au bout d’une heure, sans plus de subtilités. Ce n’est pas optimal du tout, pour un aliment très juteux, il faudra certainement rester à 65° plus longtemps. Mais comme je le dis, c’est un truc qu’il faudra que je teste, avec une sonde de température, car c’est la température interne de l’aliment qui compte, rien d’autre. L’idéal est qu’elle soit de 30° du début à la fin, et qu’elle soit stable. On a dans ce cas une déshydratation parfait, qualité « aliment cru », d’une durée minimale, et rien n’interdit de contrôler la durée en goûtant de temps en temps, et lire l’hygrométrie en sortie une fois qu’on est satisfait, ce qui permet d’étalonner l’appareil pour ce type d’aliment.

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