Construire signal ferroviaire modèle avec électroaimant : Projet STEM sûr

Vous ne pouvez PAS construire un vrai signal ferroviaire critique sécurité avec juste un électroaimant. Vrais systèmes signalisation (CTC, ABS, PTC, ETCS) sont systèmes SIL-4 (Niveau Intégrité Sécurité 4) nécessitant conception fail-safe, logique relais vitaux, circuits de voie codés/compteurs essieux, enclenchement centralisé, approbation réglementaire (FRA, Network Rail, ERA). Manipulation = crime fédéral.

Cependant, vous pouvez construire un signal modèle fonctionnel pour réseau modélisme, expo sciences, ou démo STEM démontrant principe électromécanique. Voici projet sûr, éducatif.

Composants

• Solénoïde : 12V/24V CC tubulaire (type traction), course 10–20 mm. (ex. JF-0830, ou recycler actionneur verrou porte).
• Tête signal : Cibles (rondelles Rouge/Jaune/Vert) imprimées 3D ou découpées laser montées sur bras pivotant.
• Levier : Bras aluminium/acrylique léger reliant plongeur solénoïde à pivot signal. Avantage mécanique ~2:1.
• Rappel ressort : Ressort compression ou traction ramène signal « Danger » (Rouge/Horizontal) quand dé-énergisé. Fail-safe.
• Circuit driver : MOSFET canal N (IRLZ44N) ou Darlington (TIP120) + Diode roue libre (1N4007) aux bornes solénoïde. Piloté par Arduino/ESP32/Timer 555.
• Alimentation : Alim 12V CC secteur (1A+). Fusible.
• LEDs : 3mm/5mm Rouge/Jaune/Vert + résistances 470Ω, câblées tête signal, commutées par fins de course ou PWM MCU.

Circuit : Fail-Safe « Dé-énergiser pour déclencher » (Principe ferroviaire)

 12V+ ──────────────────────────────────────┐ │ ┌──────────────────┘ │ ┌────┴────┐ │ Solénoïde│ │ (Bobine) │ └────┬────┘ │ ┌─────────┴─────────┐ │ │ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │ Diode │ │ MOSFET │ │ Roue │ │ (Interr)│ │ Libre │ │ 1N4007 │ │ IRLZ44N │ └────┬────┘ └────┬────┘ │ │ │ Grille │ │ ▼ │ ┌─────────┐ │ │ Arduino │ │ │ Pin 9 │ │ └────┬────┘ │ │ PWM / Logique │ │ GND ──────────────────┘ 

Fail-Safe : Perte alim → MOSFET off → Ressort ramène signal ROUGE (Stop). C'est le principe fondamental sécurité ferroviaire.

Logique contrôle (Concept sketch Arduino)

 enum Aspect { ROUGE, JAUNE, VERT }; Aspect current = ROUGE; unsigned long lastChange = 0; void setAspect(Aspect a) { // Piloter LEDs digitalWrite(ROUGE_PIN, a==ROUGE); digitalWrite(JAUNE_PIN, a==JAUNE); digitalWrite(VERT_PIN, a==VERT); // Piloter Solénoïde (PWM courant maintien réduire chaleur) if (a == VERT) { // Voie libre : Énergiser pour tirer vers Vert analogWrite(SOL_PIN, 180); // ~70% maintien } else { analogWrite(SOL_PIN, 0); // Dé-énergiser → Ressort → Rouge/Jaune } current = a; } void loop() { // Séquence démo : Rouge → Jaune → Vert → Jaune → Rouge // Vrai système : Entrée circuit voie / CTC / Aiguilleur } 

Évolution : Sémaphore vs Feux couleur

• Sémaphore (Bras mécanique) : Solénoïde bouge bras directement (quadrant inf UK, sup US). Lentilles lunettes + lampe huile/LED.
• Feux couleur (Moderne) : Solénoïde bouge rondelles colorées (projecteur) ou sélectionne banque LED. Plus compact.

Avertissement Sécurité & Légal

• JAMAIS connecter à vraie voie, vrais rails, ou infrastructure ferroviaire vivante.
• JAMAIS placer sur ou près emprise publique.
• Ceci est uniquement modèle / démo éducative. Vrais signaux utilisent relais vitaux (verrouillés magnétiquement, chute gravité, preuve soudure contacts) et circuits de voie codés AC/DC ou compteurs essieux — pas Arduino.

Apprenez physique (électromagnétisme, fail-safe), histoire (sémaphore → feux couleur → signalisation embarquée → PTC), et philosophie sécurité. Puis appliquez à votre réseau modélisme.