Réalisation d'une alimentation ?lectrique de secours pour aquarium
par Marc Langouet

1?) Une alimentation électrique de secours : pour quoi faire?

Nos aquariums, pour assurer la survie des animaux que nous y hébergeons, doivent impérativement ?tre alimentés en électricité : lors de l’établissement d’un projet d'aquarium, avant m?me de se poser la question de savoir si nous l'équiperons d'un écumeur, d'un éclairage HQI, d'un réacteur à calcaire ou de tout autre équipement électrique, il nous faut vérifier que l'alimentation électrique dont nous disposons est suffisamment fiable. En effet, sans ce que nos a?eux appelaient poétiquement la "fée électricité", il serait impossible de maintenir en vie nos animaux favoris.
Il arrive malheureusement que cette alimentation électrique fasse défaut, ce qui peut présenter des conséquences très graves, particulièrement sur un aquarium marin, en raison d'une part de la fragilité des animaux, et d'autre part d’une plus faible solubilité de l'oxygène dans l’eau de mer que dans l’eau douce.
En effet, lorsqu'un aquarium vient à manquer d'alimentation électrique, la première cause de troubles, puis de mortalité pour les animaux, est le manque d'oxygène qui est lié, en particulier, à l'absence de brassage à la surface de l'eau (et /ou au niveau de l'écumeur quand l'aquarium en est équipé) et à l'absence d'éclairage qui en fonctionnement normal participe à l'apport d'oxygène par le biais de la photosynthèse effectuée par les algues et /ou les coraux photosynthétiques. Cette absence d'oxygène entra?ne aussi l'apparition d'ammoniaque très toxique pour le milieu, car les bactéries, qui en fonctionnement normal éliminent cet ammoniaque, ont besoin d’oxygène pour effectuer cette transformation.
Contrairement à ce que pensent beaucoup d’aquariophiles, l'absence de chauffage est moins vite problématique dans la mesure o? l'aquarium dans sa cuve en verre présente une capacité calorifique relativement importante (d'autant plus qu'il est grand ) et que par ailleurs la pièce dans laquelle il se trouve a aussi une inertie thermique non négligeable. De plus, tant que la température ne descend pas trop, sa chute lente est plut?t favorable puisque l’oxygène à une meilleure solubilité dans l’eau quand la température diminue.
Il est difficile de dire précisément pendant combien de temps un aquarium peut se passer d'électricité sans conséquence néfaste. Cela dépend de nombreux facteurs tels que l'intensité de peuplement, la présence d’algues supérieures, le rapport surface d'échange air/eau sur le volume total, le type d'animaux hébergés... D'une fa?on générale les premiers animaux à mourir par asphyxie et/ou empoisonnement à l’ammoniaque sont les poissons, certaines espèces étant beaucoup plus fragiles que d'autres. J'ai malheureusement déjà vu des poissons mourir pour des coupures de courant de l'ordre de 6 à 8 heures et on peut considérer comme règle générale qu'à partir de 12 heures de coupure la situation devient potentiellement très critique pour de très nombreux habitants de l'aquarium!

On peut retarder la survenance de cette phase critique en assurant un brassage de remplacement, par exemple par des petites pompes sur piles ou batteries, ou par des aérateurs à pile que l'on trouve facilement dans le commerce aquariophile et chez les marchands d'articles de p?che. Pour nos amis plongeurs, une technique consiste à utiliser une bouteille d'air comprimé de plongée pour effectuer un bullage dans l'aquarium ou m?me à utiliser une bouteille d'oxygène de secours.

Toutefois toutes ces techniques ne peuvent ?tre mises en place qu'à condition d'?tre présent sur les lieux au moment de l'incident. Pour ma part depuis de nombreuses années, et suite à une coupure de courant sur l'ensemble de mes aquariums qui m'a occasionné de très lourdes pertes (environ une trentaine de poissons), lors de mes absences, je prends toujours la peine d'appeler mon répondeur téléphonique, lui-m?me branché sur le secteur, pour savoir si l'installation générale n'a pas disjoncté.

Néanmoins les coupures EDF de fin décembre 1999 m'ont amené à envisager l'installation d'une alimentation de secours permettant de prendre automatiquement le relais des fonctions vitales de l'aquarium dans le cas d'une coupure d'alimentation électrique.

Quelles peuvent ?tre les raisons de ces coupures ?

Elles peuvent se situer soit au niveau de l'alimentation générale EDF, soit au niveau de votre installation domestique. Un orage (l’usage d’un parafoudre d’environ 800 F peut s’avérer utile) ou un appareil défectueux appartenant ou non à l'aquarium peut par exemple faire disjoncter toute votre installation. Lors de la surveillance téléphonique d'une installation électrique à distance, il faut aussi se méfier du fait que le fusible de la ligne alimentant l'aquarium peut avoir fondu, sans que l'alimentation générale (disjoncteur général) ait " sauté ". L’idéal en la matière est de brancher l’alimentation électrique du répondeur sur le m?me circuit que l’aquarium, car c’est parfois seulement une partie de l’installation électrique qui peut disjoncter.
Si possible, il faut également installer l’aquarium sur un circuit qui est relié directement au disjoncteur général, sans que d’autres appareils, en particulier sensibles, installés sur le m?me fusible, puissent faire fondre le fusible ou un éventuel disjoncteur différentiel intermédiaire en cas de défaut sur ces appareils.
Enfin je voudrais aussi mettre en garde ceux qui sont tentés de se protéger d'une possibilité d’électrocution quand ils travaillent dans leur aquarium, par la mise à la terre de celui-ci. C'est effectivement une sage précaution pour l'aquariophile, mais elle présente le risque majeur de pouvoir entra?ner le déclenchement du disjoncteur différentiel de l'installation générale (ou celui de la ligne o? est branché l’aquarium si elle en dispose) en cas de fuite électrique d'un appareil pendant votre absence. Il est donc à mon avis préférable, quand vous souhaitez relier votre aquarium à la terre, de prévoir un interrupteur sur cette mise à la terre, de fa?on à ne la rendre opérante qu'uniquement juste avant de mettre les mains dans l'eau, et d'ouvrir l'interrupteur pendant vos absences. De plus le choix du différentiel propre à l’aquarium, s’il en dispose, doit se porter sur un calibre proche (300 mA) de celui de disjoncteur général ( souvent 500 mA) pour éviter les disjonctions intempestives.

De la m?me fa?on ceux qui disposent de différents disjoncteurs différentiels sur leur installation ont intér?t à faire en sorte que tous les appareils sensibles (zone humide par exemple : lave vaisselle, éclairages extérieurs etc...) soient branchés sur un différentiel de calibre très inférieur (30 mA) à celui du disjoncteur général (500 mA en général), pour faire en sorte qu’en cas de défaut d’isolement sur un appareil ne faisant pas partie d’un aquarium, ce soit le différentiel de l’appareil qui déclenche et non toute l’installation.

2?) Le groupe électrogène

La première idée qui vient à l'esprit lorsque l'on souhaite réaliser une alimentation de secours est le groupe électrogène. Malheureusement cette solution présente des inconvénients majeurs :

• c'est une solution très vite onéreuse qui se chiffre à plusieurs milliers de francs.

• à part les grosses installations de type industriel, et donc encore plus onéreuses, les groupes électrogènes courants ne peuvent pas démarrer tout seuls lors d'une coupure de courant. Ils nécessitent donc votre présence. Les groupes industriels à démarrage automatique nécessitent d'ailleurs un entretien très régulier et des tests de démarrage périodiques pour ?tre s?r qu'ils démarreront bien au moment nécessaire.

• les groupes électrogènes courants ont en général une autonomie faible et doivent ?tre installés dans des endroits aérés en raison des gaz d'échappement qu'ils occasionnent. Enfin ils ont un niveau de bruit tel qu’ils peuvent s’avérer très vite une nuisance pour le voisinage.

3?) Le système du " pauvre "

L’idée la plus simple pour éviter la perte des animaux en cas de coupure de courant en votre absence, est le démarrage automatique d’un aérateur à piles.

On peut trouver facilement, dans le commerce aquariophile ou chez les marchands d’articles de p?che, des petits aérateurs à piles qui, pour 12 à 15  , permettent pendant une durée assez longue d’envoyer de l’air dans l’aquarium à travers un diffuseur, ou en direct ce qui crée en plus des vagues importantes en surface : ces systèmes permettent donc aussi indirectement un certain brassage. Leur efficacité est certes limitée, mais leur prix modique permet d’en installer plusieurs dans un aquarium quand sa taille augmente.

Reste à automatiser leur démarrage ce qui peut se faire très simplement à l’aide d’un relais inverseur 12 / 12 V pour automobile ( Référence IMPEX 103555 12 V 20/30 A ; au rayon automobile) et d’un petit transformateur redresseur 220 V -> 12 V que l’on trouve en supermarché. Le transformateur, branché sur le secteur, alimentera la bobine du relais en 12 V : en temps normal le relais ouvrira le circuit de connexion de la pile à l’aérateur. En absence de 220 V, la bobine du relais ne sera plus alimentée, et le relais reviendra au repos provoquant l’alimentation de l’aérateur par sa pile.

En général ces aérateurs comportent deux piles de 1.5 V en parallèle  pour augmenter leur autonomie, mais vous pouvez bricoler avec quelques fils la mise en parallèle de piles supplémentaires si vous voulez encore augmenter l’autonomie.

NB : OFF indique le contact ouvert quand la bobine du relais est traversée par un courant, et ON le contact fermé dans les m?mes circonstances.

4?) L’onduleur

Si l’on veut ?tre en mesure de faire fonctionner une pompe de brassage et/ou un éclairage il faut par contre mettre en place une alimentation électrique 220 V de secours. J'ai donc opté d'abord pour une technique permettant automatiquement, sans intervention, le basculement du secteur vers 1'alimentation de secours en cas de coupure : l’onduleur.
On trouve assez facilement dans le commerce, et en particulier aux rayons informatique de la grande distribution, des onduleurs qui permettent de conserver une alimentation électrique sur un ordinateur en cas de coupure secteur.
Personnellement j'ai essayé deux appareils du commerce :

- le MERLIN GERIN EL 4 qui pour une puissance de 450 VA co?te environ 900 francs.

- le POWER MUST 325 VA à environ 500 francs (ou 500 VA pour 700 francs).

Il faut tout d'abord noter que ces appareils ont une très faible autonomie : ils permettent d'alimenter une lampe à incandescence de 60 W pendant quarante à cinquante minutes ; il existe bien s?r des appareils à autonomie plus longue mais leur co?t est beaucoup plus élevé.

L'idée m'est donc venue de rallonger leur autonomie par l'adjonction de batteries supplémentaires. Les deux appareils cités ci-dessus sont équipés de batterie 12 V pour POWER MUST et 6 + 6 V pour le MERLIN GERIN. Une batterie 12 V de 70 Ah que l'on trouve en supermarché aux alentours de 300 francs a donc été reliée en parallèle sur la batterie de l'onduleur POWER MUST 325 VA, ce qui permet de porter l'autonomie du système à vingt-cinq heures environ lorsqu'il alimente deux pompes de brassage de 10 W et une pompe de 5 W : cette configuration est suffisante pour un aquarium de 200 à 300 L auquel je l'ai appliquée.

Il faut bien entendu entretenir la charge de la batterie additionnelle nécessaire pour rallonger l'autonomie : pour ce faire, j'ai utilisé un chargeur automatique de batterie de marque CEA référence CB A-8 et de co?t environ 400 F (Castorama, Bricogite). Il est indispensable que le chargeur soit automatique pour d’une part éviter la surcharge de la batterie, et d’autre part reprendre cette charge dès que celle-ci sera trop basse, soit à cause des pertes naturelles, soit à l'issue d'un fonctionnement de l'alimentation de secours.

Pour éviter d'une part que le chargeur de batterie automobile ne charge la batterie de l'onduleur, et vice versa que l'onduleur ne charge la batterie d’automobile (ce qui serait au-dessus de ses forces), il convient de prévoir aussi un petit relais inverseur auto 12/12 V (25 Francs) dont la bobine de commande est alimentée par un petit transformateur 220 V -> 12 V branché sur la m?me alimentation secteur que l'aquarium. En cas de présence de courant sur le secteur, cette bobine est excitée et commande l'envoi du 12 V du chargeur vers la batterie auto. En cas d'absence secteur, le relais retombe et à ce moment le 12 V de la batterie auto se retrouve connecté en parallèle sur la batterie interne de l'onduleur pour en rallonger l'autonomie.

Cette installation présente toutefois plusieurs inconvénients :

• les onduleurs POWER MUST pour ordinateur ne sont pas prévus pour des fonctionnements de longue durée puisqu'en général leur autonomie normale n'est que de quelques dizaines de minutes tout au plus sur un matériel informatique domestique. Le refroidissement est donc insuffisant, et bien que prévu pour 325 VA pour l'un, et 500VA pour l’autre, il s'est avéré qu’au-dessus d’une puissance installée de 40 à 60 W les appareils chauffent trop. Un refroidissement par ventilateur annexe serait possible mais je ne l’ai pas essayé et il consommerait un peu d’énergie de la batterie et donc d’autonomie.

• Le MERLIN GERIN EL4 est quant à lui refroidit par ventilateur, mais son fonctionnement est limité par construction (logiciel interne) à 4 H quelque soit l’état de la batterie : ce système est prévu pour éviter une décharge profonde de la batterie d’origine, et ne peut ?tre shunter m?me en cas d’ajout de batterie d’appoint.

• ces onduleurs ne produisent pas un signal sinuso?dal tel que celui du secteur ; pour cette raison il s'est avéré impossible de maintenir allumé un tube néon bleu de 18 W sur le POWER MUST : le tube clignotant en permanence. En revanche le EL 4 MERLIN GERIN n’a pas posé de problème de ce type, et je m’en sers donc pour éviter de plonger brutalement certains de mes bacs dans le noir en cas de coupure EDF (avec la restriction de durée de fonctionnement maximum de 4 H signalée précédemment ; avec les batteries propres de l’onduleur l’autonomie est de 2 H 30 avec un tube fluorescent de 18 W et son programmateur horaire). D'autre part les pompes de type synchrone tel que Maxi Jet et Mini-Jet fonctionnent assez mal avec ce type d'alimentation : selon les cas cela va d'une difficulté à redémarrer lors du basculement vers l'alimentation de secours, à une impossibilité totale de fonctionnement liée à la mise en vibration du rotor et non à sa rotation.

5?) Le convertisseur 12V / 220V

Bien que cette installation avec onduleurs fonctionne sur deux de mes aquariums de petite dimension, pour une installation plus importante de 1000 litres, j'ai souhaité pouvoir disposer, en raison de la présence de SPS, d'un éclairage de secours et de nombreuses pompes de brassage ; j'ai donc opté pour une solution ou l'onduleur est remplacé par un convertisseur 12V /220 V.

Ces petits appareils commercialisés par exemple par RADIOSPARES, mais également en vente chez les marchands de matériel pour le nautisme, permettent de transformer du courant continu 12 V en courant alternatif de 220 V. Leur avantage par rapport à l'onduleur précédent est d'une part qu'ils sont prévus pour un fonctionnement de longue durée, avec refroidissement par petit ventilateur interne, et que d'autre part ils produisent un courant de qualité bien meilleure puisqu'ils permettent sans problème de faire fonctionner des pompes de brassage, des tubes fluorescents (et éventuellement le congélateur ou l’alimentation électrique de votre chauffage au fuel ou au gaz, si vous avez quelques difficultés à convaincre de l’intér?t de cet investissement).

Pour ma part j'ai acquis un 600 VA de marque INVAC que l'on peut trouver pour environ 1250 francs, mais l'on trouve des appareils de puissance inférieure et cependant suffisante pour des prix bien moindres (compter environ 2 francs par VA) ; pour tenir compte du cos PHI et des puissances appelées plus importantes au démarrage des pompes et éclairage prévoyez cependant une marge par rapport à la puissance en W affichée des appareils à secourir.

Au départ le basculement entre le secteur et le réseau secouru était réalisé par un relais inverseur 220/220 V 4 voies (4 entrées et 8 sorties) TELEMECANIQUE RXN 41G 11P7 (80 Francs). La bobine de commande était branchée sur le 220 V de l'installation à surveiller.

En présence de courant la bobine était excitée et commandait la liaison de l'aquarium au 220 V du secteur (2 voies étaient utilisées ; une pour la phase et une pour le neutre) en m?me temps qu'elle commandait la liaison des deux bornes de la batterie au chargeur automatique (2 autres voies : une pour le + et une pour le -). Une seule voie suffirait (pour le +) mais j’avais utilisé la quatrième voie disponible pour le -.

En absence de 220 V sur le secteur, le relais retombait et les 4 inverseurs dirigeaient :

- la phase et le neutre de l'aquarium sur la sortie de 220 V du convertisseur

• le plus et le moins de la batterie sur l'entrée 12 V du convertisseur.

Ce montage à un relais suffirait sans doute pour des puissances demandées faibles ; dans mon cas (au moins 100 W, et plus au démarrage des moteurs et éclairage) il s’est avéré que les relais ont eu une durée de vie faible, et que lors d’une coupure avec plusieurs allers et retours de courant secteur, le convertisseur s’est mis en sécurité et n’a donc pas fonctionné.

Le bon fonctionnement dans le temps de ce type de convertisseur est soumis à deux conditions :

• il ne doit pas ?tre mis sous tension (12 V) en marche (interrupteur sur arr?t)

• il ne doit pas ?tre mis en marche en charge (pas d’appareils branchés sur la sortie 220 V).

Par ailleurs lorsque l’on coupe l’alimentation 12 V en entrée, le convertisseur continue pendant quelques instants à produire du courant alternatif (décharge de condensateurs sans doute) qui se retrouve sur le relais inverseur 220 /220 en m?me temps que le 220 V secteur ; le relais utilisé ne possède plus alors de pouvoir de coupure suffisant ce qui provoque des arcs vite destructeurs du relais. (Normalement un relais inverseur est prévu pour envoyer le courant du commun entre un contacteur OFF - ou un autre - ON - alors que là, je le faisais fonctionner en prélevant une alimentation sur le commun qui va la chercher entre deux contacts ON et OFF tous deux alimentés momentanément en 220 V).

Pour éviter de chercher un relais particulier et en plus résoudre toutes ces contraintes techniques, je travaille maintenant avec 4 relais ; deux 12 V /12 V pour auto et deux 220/220 V dont j’ai déjà donné les références. Cela peut vous para?tre compliqué mais en fait la réalisation selon le schéma est très simple, et si je prends la peine de détailler c’est juste pour que ceux qui chercheront à comprendre pourquoi 4 relais au lieu d’un, aient la réponse à leur question.

La séquence de démarrage du convertisseur en cas de perte d’alimentation secteur devient la suivante :

1?) La bobine du premier relais 1 -12V alimentée par le transformateur 220 V / 12 V, excitée en présence de 220V, passe sur OFF en cas de coupure secteur, et bascule alors le + de la batterie, de la sortie + du chargeur de batterie, vers l’entrée + du convertisseur.

2?) La bobine du deuxième relais 2 - 12 V se trouve excitée, et ferme alors l’interrupteur marche/arr?t du convertisseur (dont j’ai dérivé le circuit de l’interrupteur d’origine, par le contact ON de ce relais).

3?) Le convertisseur ainsi alimenté, et en position marche, démarre en quelques secondes (1 ou 2 s ), mais aucun appareil n’est encore branché sur sa sortie 220 V, sauf la bobine d‘un premier relais 1 - 220/220.

4?) Le 220 V produit par le convertisseur excite la bobine du premier relais 1 - 220/220 V qui passe en ON, et bascule alors l’alimentation aquarium 220 V branchée sur le commun (phase et neutre = deux voies), du secteur, vers la sortie 220V du convertisseur ; l’aquarium est donc alimenté en courant secourue.

5?) Pendant ce temps le deuxième relais 2 - 220/220 est au repos et laisse passer le courant 220 V produit par le convertisseur vers les deux voies ON du premier relais 1 - 220/220.

6?) Lorsque le courant revient au secteur, la bobine du relais 2 - 220/220 est excitée et coupe la liaison entre la sortie 220 du convertisseur et les contacts ON du relais 1 - 220 /220 dont la bobine continue encore pendant quelques instants à recevoir du courant produit par le convertisseur (bien que le premier relais 1 12 / 12 ait aussi basculé et qu’il n’alimente plus le convertisseur en 12 V).

C’est seulement quand le convertisseur a cessé de produire suffisamment de courant que la bobine du premier relais 1 - 220 /220 n’est plus excitée et bascule alors sur OFF pour renvoyer le 220 V secteur vers l’aquarium. Pendant cette bascule les contacts ON du relais 1 220/220 ne sont déjà plus sous tension, ce qui évite qu’un éventuel reliquat de courant produit par le convertisseur (dont le témoin est entrain de s’éteindre lentement) ne vienne produire des arcs intempestifs avec le 220 V EDF déjà revenu. Ce quatrième relais est peut ?tre une sécurité superfétatoire mais, s’agissant d’une installation de secours qui par définition doit ?tre s?re, je n’ai pas hésité à le mettre vue la modicité de l’investissement (80 F).

Le seul inconvénient de ce dispositif est que le convertisseur demande quelques secondes pour démarrer et qu'il y a donc une courte coupure de l'alimentation. Il vous faut donc vérifier que vos pompes de brassage redémarreront après cette courte coupure, ce qui peut ne pas ?tre le cas si elles sont trop encrassées. Il n’a pas été possible d’éviter cette courte coupure en intercalant un onduleur entre le convertisseur et le circuit secouru ; la qualité du courant produite par le convertisseur (non sinuso?dal), bien que suffisante pour faire fonctionner les appareils électriques d’un aquarium, n’est pas suffisante pour alimenter un onduleur qui se met alors en fonctionnement continu sur ses propres batteries, au lieu de ne faire le tampon que juste pendant la coupure de quelques secondes.

Le chargeur automatique de batterie que j'utilise est en principe prévu pour des batteries de 100 Ah maximum : en réalité ce chiffre correspond au rechargement d'une batterie complètement déchargée qui demande beaucoup d’intensité en début de charge ; ceci n'est jamais le cas avec le convertisseur qui, pour préserver la durée de vie de la batterie, s'arr?te automatiquement avant la décharge profonde. J'ai pour ma part installé trois batteries de 94 Ah chacune (490 francs l’unité), sans que le chargeur de batterie atteigne encore sa limite lors de la phase de rechargement qui suit une décharge jusqu'à l'arr?t du convertisseur : l'intensité appelée est alors de 4 à 5 A, alors que le chargeur peut fournir jusqu'à 10 A (la fin de charge est quand m?me longue ce qui montre que l’on doit quand m?me ?tre proche de la capacité limite de charge du chargeur).

Avec cette autonomie de 3 x 94 Ah, je dispose de 24 heures d'autonomie pour une puissance totale de l'installation secourue d’un peu plus de 100 W. Si vous mettez comme moi plusieurs batteries en parallèle, il est préférable de n’utiliser que des batteries toutes identiques, pour éviter que des batteries différentes ne débitent l’une dans l’autre entra?nant, des pertes d’autonomie. Je n'ai bien s?r pas secouru des appareils aussi consommateurs d'énergie que des HQI, mais j'ai secouru un tube fluorescent de 40 W et de très nombreuses pompes de brassage de type Maxi Jet et Mini Jet, ainsi qu’un aérateur RENA 301 (5 W). Le reste de l'installation électrique de l'aquarium, à savoir la moitié des pompes de brassage, les chauffages et le reste des éclairages est alimenté en direct par une autre ligne de l'installation domestique, permettant ainsi en cas de double panne sur la ligne secourue (fusibles du secteur, plus éventuelle panne du convertisseur) de conserver encore une chance supplémentaire de survie de l'aquarium.

Enfin, l’autre intér?t d’un tel système est que si la panne de courant devient si longue qu’elle dépasse l’autonomie de vos batteries de secours, vous pouvez toujours vous servir de votre voiture pour recharger vos batteries, ou brancher directement le convertisseur sur la batterie de la voiture dont vous prendrez soin de faire tourner le moteur de temps à autre pour recharger la batterie. Vous avez donc ainsi un pseudo-groupe électrogène, toujours pr?t à fonctionner, dans le cas d’une panne de très longue durée en votre présence.

Remarque importante :

Toute installation électrique mal réalisée étant susceptible d'entra?ner des dangers graves pour l'utilisateur, l'auteur de l'article décline toute responsabilité quant aux conséquences de la mise en oeuvre des installations décrites dans cet article.