Le P.I.D., qu’est ce que c’est ?!

Le P.I.D., qu’est ce que c’est ?!

Voici quelques explications de ce qu’est le fameux « P.I.D. » tant plébiscité, et à juste titre, par les amateurs d’expressi ! Le but de ce billet de blog est d’expliquer la technologie et le fonctionnement derrière cet outil devenu indispensable. J’évoquerai également un peu l’histoire qui a amené des techniciens passionnés de café à installer un PID dans leur machine expresso.

Le PID permet un réglage fin du paramètre température de l’eau, le but étant de la stabiliser. Il s’agit d’un système de contrôle électronique faisant intervenir un algorithme de calcul agissant de 3 manières suivant l’acronyme :
P pour action Proportionelle (l’action engendrée par la commande est proportionnelle et l’écart est multipliée par une grandeur gain)
I pour Intégrale (c’est à dire que l’écart est intégrée puis divisée par une grandeur gain) et
D pour Dérivée (ici l’écart est dérivée puis multipliée par une grandeur gain)

Pour tenter de vulgariser cet algorithme, il faut comprendre que la grandeur réglée, ici la température d’une chaudière, est simplement le résultat d’une addition de 3 grandeurs, les fameuses composantes PID, qu’on peut nommer comme ceci :

 

P = composante proportionnelle à l’écart existant
I = qui est la seconde componsante proportionnelle elle à l’intégral de l’écart dans le temps
D = qui est la troisième composante proportionnelle elle à la dérivée de l’écart.
En passant de l’écart, à l’intégrale de l’écart et enfin à la dérivée de l’écart, on affine simplement et avec une plus grande précision les valeurs.

Ce système est utilisé dans toute l’industrie et équipe des machines et des engins bien différents. On le trouve par exemple dans l’aéronautique, le nucléaire, et l’agro-alimentaire. Avant que des amateurs de bons expressi ne se penchent sur l’ajout de ce dispositif au sein d’une machine expresso, les chaudières étaient tout de même régulées, mais pas avec la même précision, ce qui rendait l’extraction café très aléatoire (mouture brûlée à mouture sous-extraite). La régulation de la température chaudière se faisait à l’aide de thermostats. En-dessous d’une température pré-enregistrée, la chaudière s’allume, chauffe et ne s’arrête qu’après avoir dépassé légèrement la température en limite supérieure, rendant la température instable et ne contribuant pas à une qualité d’extraction constante.

Tout l’intérêt du calcul est d’obtenir le moins d’écart de température possible et une température régulée dans le temps le plus court. Un système PID peut être fixe (paramètres d’usine non modifiables) ou réglable, le plus souvent, de manière digitale, à l’aide de flèches pour augmenter ou diminuer la température.

C’est grâce à ce système que l’amateur de café pourra influer sur les arômes de son extraction, plus la mouture est chaude plus on extrait d’amertume ; à l’opposé, une température plus basse fera ressortir l’acidité.

Historiquement, c’est l’obsession de David Schomer, Propriétaire du Café Espresso Vivace à Seattle dans sa recherche de la stabilité de la température et de son génie qui a permis l’évolution des machines expresso telles qu’on les connait aujourd’hui. Le classique thermostat équipant les machines jusqu’alors est remplacé grâce à au travail commun des ingénieurs de Marzocco John Blacwell et Roger Wittmann. La Marzocco Linéa est améliorée en ce sens en février 2001 et sera commercialisée en option sur la gamme ; puis en 2005, le contrôleur PID a été installé en série sur la Marzocco GB5, suivie par la FB/80 en 2006 puis la GS/3 en 2007.

Pour finir sur une application directe sur une machine expresso, le régulateur PID évite de pratiquer le « temperature surfing » (TS) = un temps à respecter entre l’extinction du voyant de chauffe de la chaudière et l’extraction du premier expresso (puis du deuxième, troisième etc…).

Sources : Henri Bourlès, Systèmes linéaires, Hermes Science Publishing 2006
Site lamarzocco.com
Wikipédia, où vous y trouverez les schémas et les équations
Personnalités à remercier pour leur travail de recherche autour de l’intégration de ce procédé dans notre monde de l’expresso : D. Schomer, J. Blacwell, R. Wittman, A. Schecter, G. Scace.

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