Ai-je bien compris ? Et oui, j’ai bien dit niveau à bulle de précision, et pour moi ce jouet n’est pas (assez) courant, et pourtant…. Voici l’un des premiers outils nécessaires à la création d’un atelier de mécanique digne de ce nom.

POURQUOI AVOIR UN NIVEAU A BULLE DE PRECISION ?

Cet outil tout simple sera le meilleur garant de la géométrie de vos équipements de métrologie comme : marbre en granit, en fonte, règles et équerres etc. Il servira même pour contrôler facilement la géométrie ou l’usure de vos machines d’atelier.

MAIS ALORS ? COMMENT CA MARCHE ?

COMMENT CA MARCHE : LE NIVEAU A BULLE

Cet accessoire de métrologie utilise le principe tout simple de la bulle emprisonnée dans une fiole. La différence avec le niveau à bulle que tout le monde connait provient de sa précision de lecture. En effet, il est inutile de vouloir utiliser cet accessoire dans les travaux quotidiens. Il sera impossible de caler la bulle au centre de la fiole. Cette dernière ira sans cesse d’un coté à l’autre tant elle est réactive.

La fiole contenant la bulle est remplie d’un fluide ayant une tension de surface la plus faible possible, pour ne pas adhérer aux parois en verre et donc indiquer fidèlement l’inclinaison du niveau. Les niveaux de précision comportent donc couramment des fluides de type ETHER. Le volume d’air est calibré pour que la longueur de la bulle à 20°C soit comprise entre 2 graduations précises.

La fiole en verre contenant l’éther n’est pas un vulgaire tube tout droit !

L’intérieur de la fiole est finement rodé en tonneau. Le centre est donc plus grand que les extrémités. C’est grâce à cette courbure en forme de tonneau que nous allons pouvoir lire le déplacement de la bulle en inclinant le niveau. Si nous avions eu un simple tube, la bulle irait taper à droite et à gauche sans jamais réussir à se stabiliser. Le rayon de courbure est calibré de façon à offrir une lecture de X mm/m pour une division.

LE REGLAGE : FINESSE ET PRECISION !

Lorsque l’on pose le niveau sur une surface plane parfaitement horizontale, il faut que notre bulle soit parfaitement centrée. Ceci reflètera la position 0 du niveau. Son réglage initial. Un niveau à bulle de précision doit donc être réglable. C’est primordial ! Et ce réglage doit être fin et précis. En effet, avec des précisions de l’ordre de 0,02 mm/m pour une division il ne s’agit pas d’avoir un réglage approximatif.

1 Div = 0,02 mm/m ? Kezako ? 😀

Voici une image pour expliquer ce que cela veut dire : Si vous placez votre niveau sur une barre horizontale d’un mètre de longueur, alors la bulle sera au centre. Si vous placez une cale de 0,02 mm sous une extrémité de la barre d’un mètre alors la bulle se déplacera d’une graduation (division).

Pour ma création personnelle j’ai choisi de faire un niveau très compact, ayant une surface d’appui rodée au micron et d’une longueur de 100 mm. J’ai donc réalisé un système de réglage ultra-compact et fiable, comme l’explique ma vidéo ci-dessous : Le réglage y est notamment expliqué à 2 min 25 s.

LE CHOIX DES MATERIAUX

Le choix des matériaux doit être mûrement réfléchi. En effet nous sommes face à plusieurs contraintes qu’il faut prendre en compte :

  1. Il faut que la semelle du niveau soit très plane. En effet, dans le cas d’un niveau affichant une précision de 0,02 mm/m par division et faisant 100 mm de longueur, il suffira de 2 microns sous un coté du niveau pour le faire partir d’une division. Si la semelle n’est pas plane à mieux que 2 microns alors vous aurez une incertitude, de base, sur votre lecture.
  2. Il faut que la semelle soit dure. En effet, elle résistera mieux aux frottements et sera donc plus stable dans les lectures successives.
  3. Il faut limiter au mieux les contraintes de dilatation thermique différentielle entre les différents matériaux composant le niveau. Sinon le niveau se dérèglera sans cesse à chaque changement de température.
  4. Il faut limiter les réactions du niveau à la chaleur émise par l’utilisateur. La chaleur des mains, le souffle etc… Juste en respirant au dessus de la fiole, on peut voir la bulle se déplacer de plusieurs graduations !!! Donc utiliser des matériaux si possible avec une faible conductivité thermique.
  5. Optionnel : Je souhaitais mon niveau totalement inoxydable. De la rouille sous la semelle et la précision est foutue !!

MES CHOIX DE MATERIAUX :

TITANE ! Suite aux contraintes énumérées ci-dessus j’ai souhaité utiliser l’un des matériaux ayant le coefficient de dilatation le plus proche possible du verre pour le berceau contenant la fiole. Il me fallait un métal élastique. Le titane réunissait toutes ces caractéristiques. De plus il est totalement inoxydable. Toutes les parties métalliques du niveau ont donc été usinées dans cet alliage métallique.

GRANIT ! Le granit a un coefficient de dilatation proche de celui du titane et du verre. Il est dur, facile à roder pour obtenir une surface parfaitement plane (voir mes articles sur la fabrication maison d’un marbre en granit, ou encore la fabrication d’équerre de précision en granit). De plus ce matériau résiste bien à l’usure, et est lui aussi totalement inoxydable.

LA REALISATION

Pour réaliser ce niveau, je suis parti de chutes de dalles de terrasse en granit. Comme elles étaient destinées à finir à la déchèterie elles ne m’ont rien couté. J’ai rodé les chutes de granit selon la méthode des trois marbres, pour obtenir une planéité irréprochable. A la fin du rodage j’avais donc le choix entre 3 semelles bien planes et qui font la ventouse l’une sur l’autre. Je n’avais alors plus qu’à choisir la semelle qui me plaisait le mieux.

La fiole a été commandée en Chine, pour la modique somme de 11€. Sa précision est irréprochable. J’ai pu la vérifier une fois le niveau terminé !

COMMENT ON TAILLE LE GRANIT DIS ?

Tailler le granit ? C’est finalement tout simple : Avec des fraises en carbure usagées, et initialement destinées à l’usinage des métaux. J’ai donc usiné tout le niveau comme ça, avec plusieurs fraises carbure en fin de vie. Cela ne m’a donc rien couté !! Et le mieux, c’est que je l’ai usiné à la fraiseuse. Bien entendu j’ai fait mes usinages sous aspiration pour ne pas détériorer les glissières de la machine. Par petites passes, ce fut très efficace !

Comme vous pourrez le voir sur la dernière photo ci-dessus, j’ai strié la tranche du niveau à la fraise pour garantir une prise en main sûre.

Il sera par contre proscrit de tarauder dans le granit. Donc nous utiliserons des inserts pour pouvoir y visser les parties fonctionnelles. Les inserts seront fixés efficacement dans le granit à l’aide de scellement chimique.

LA PARTIE FONCTIONNELLE :

Conception

Le mécanisme interne d’un niveau à bulle de précision doit être en mesure de maintenir fermement la fiole sans trop la contraindre. Le positionnement de la fiole doit être précis et stable. Dans la plupart des niveaux du commerce la fiole est collée avec une sorte de plâtre ou similaire. Pour mon niveau j’ai souhaité que la fiole soit démontable à volonté. Je vous présenterai donc la technique que j’ai souhaité adopter.

Le mécanisme interne doit aussi permettre de régler finement l’inclinaison de la fiole pour régler le niveau.

La solution retenue ici est illustrée sur les schémas suivants : A une des extrémités du berceau recevant la fiole, une vis de réglage vient déplacer une bille située entre 3 goupilles. Lorsque la vis fait avancer la bille, les goupilles vont être écartées par la bille et la fiole sera donc inclinée.

REALISATION

J’ai usiné le mécanisme à la fraiseuse, de façon traditionnelle. Les plans ont été faits au préalable sur FreeCad, qui est un logiciel de CAO 3D/2D gratuit. La première étape de réalisation a été de percer la bille du système de réglage. Pour cela j’ai utilisé un forêt en carbure.

J’ai réalisé le perçage en utilisant la technique du perçage inversé, de façon a obtenir un trou bien centré.

Je parle plus précisément de cette technique dans cette vidéo sur youtube ICI.

Ensuite j’ai naturellement usiné les autres pièces du mécanisme interne. Je n’ai eu recours à aucune astuce particulière, c’est pourquoi je vous joins simplement les photos des pièces finies.

Pour parfaire la réalisation, rien de tel qu’un marquage laser !!!

Niveau à bulle de précision : marquage laser de la platine supérieure.
Marquage laser sur la platine supérieure.

TOUT EST PRET, ON ASSEMBLE, ON TESTE !!!

L’assemblage est rapide. Tout d’abord il faut commencer par ajuster la bulle avec le scotch, pour qu’elle se monte dans le berceau sous une légère contrainte. Cet assemblage permet de démonter / remonter à volonté. Ensuite le il n’y a plus qu’à assembler par vissage les autres éléments.

Ca y est, nous avons terminé l’assemblage. Nous pouvons donc passer au réglage.

Lorsque le niveau est réglé, la bulle se situe bien centrée sur la zone graduée.

Maintenant que le niveau est terminé, qu’il est 100% fonctionnel, je n’ai pas résisté à l’idée de lui confectionner un écrin sur mesure. J’ai donc réalisé un coffret en bois, en partant d’une boite de comparateur du commerce. J’ai réalisé les évidements à la fraiseuse, et j’en ai profité pour loger dans le coffret tous les petits outils nécessaires à l’utilisation et à la maintenance de ce niveau. Ceci marque la fin de cette réalisation qui m’aura apporté beaucoup de satisfaction.

niveau de précision fait maison en granit et titane fini dans sa boite

C’est ainsi que je referme la boite….comme je ferme cet article !

Vous souhaitez avoir vous aussi un magnifique niveau de précision pour votre atelier ? Foncez, vous avez sur cette page tous les secrets nécessaires pour mener à bien votre projet !

A VOUS DE JOUER !!