DE L'EAU PAR LES PHARES
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| Phare de Senetosa |
CONTEXTE
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| plan de situation, phare de Senetosa, Corse |
Dans le sud de la corse, se situe le phare de Senetosa. Pausé à flan de colline, il indique le cap sur la route maritime
Le Phare, construit en 1890, a été racheté par un particulier et réhabilité en refuge pour randonneurs. L’accès y est très difficile, il n’y a pas de voie carrossable, et il est isolé des réseaux électrique et d’eau potable.
Le Refuge est ouvert d’avril à octobre et sa capacité est de 24 personnes.
PROBLÉMATIQUE
Le nouveau propriétaire a fait un appel à projet pour la résolution des questions techniques concernant l’approvisionnement en eau potable. Il a communiqué son souhait d’utiliser des méthodes qui conservent l’autarcie du phare et qui s’inscrivent dans une démarche de développement durable,comme la récupération d’eau de pluie et son traitement.
Éléments à supprimer de l’eau
➤ Bactéries
➤ Éléments venant de la surface de captation d’eau de pluie
➤ Bactéries
➤ Éléments venant de la surface de captation d’eau de pluie
FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME
Le phare dispose déjà d’anciennes cuves à mazout et d’une citerne de récupération d’eau de pluie, mais celle-ci n’est pas potable.
Pour pouvoir boire l'eau de pluie stockée dans les cuves il faut tout d'abord la traiter en la chauffant, La pasteurisation. Pour ce faire, il faut la faire chauffer pendant un certain temps à une certaine température affin de détruire les bactéries. cette technique repose sur les lois de la destruction thermique des micro-organismes (4 minutes à 70°C).
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| Schéma de fonctionnement |
Pour répondre à cette demande, nous avons souhaité réutiliser une ancienne lentille du phare, conservée dans son musée, et en transformer l’optique en four solaire afin de traiter l’eau de pluie.
Les lentilles font converger les rayons parallèles du soleil en un point de focal qui va chauffer un réservoir d'eau jusqu’à température et durant le temps souhaitée.
le système est accompagné de 2 héliostats fonctionnant par jeu de miroirs, pour orienter les rayons du soleil toujours face à la lentille.
Cette solution, additionnée à un filtre à l’entrée de la citerne, permettrait de rendre l’eau de la citerne potable tout en conservant les souhaits du propriétaire.
Et afin d'améliorer le rendement, le système de chauffage peut être additionné d'un échangeur de chaleur, qui va préchauffer l'eau provenant des cuves d'eau de pluie, à l'aide de l'eau traitée sortant du réservoir.
L'eau de pluie est récupérée sur les trois toitures des bâtiments puis acheminée dans trois des quatre cuves réhabilitées et une fois traitée est stockée dans la dernière cuve jusqu'au lendemain.
Une des particularité de ce phare, est qu'il dispose de deux tours jumelles encadrant le bâtiment. Une tour contenant le phare, et la deuxième contenant un "filtre" modifiant la couleur du rayon lors de l’éclairage d'un certaine zone.
c'est un des seul phare de France disposant de cet particularité.
L’intérêt d'un telle configuration réside dans la possibilité d’installer le système de traitement de l'eau tout en conservant le fonctionnement normal du phare.
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| Pan de toiture- phare de Senetosa |
L'eau de pluie est récupérée sur les trois toitures des bâtiments puis acheminée dans trois des quatre cuves réhabilitées et une fois traitée est stockée dans la dernière cuve jusqu'au lendemain.
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| Phare de Senetosa |
Une des particularité de ce phare, est qu'il dispose de deux tours jumelles encadrant le bâtiment. Une tour contenant le phare, et la deuxième contenant un "filtre" modifiant la couleur du rayon lors de l’éclairage d'un certaine zone.
c'est un des seul phare de France disposant de cet particularité.
L’intérêt d'un telle configuration réside dans la possibilité d’installer le système de traitement de l'eau tout en conservant le fonctionnement normal du phare.
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| Double utilisation du phare - Senetosa |
1/ Capter l’eau de pluie
➤ A l’aide des toitures du bâtiment (332m²) et des cuves présentes (4 cuves de 70m3dont
une est utilisée pour stocker l’eau potable)
➤Calcul de rendement
Q = P x S x T où :
P = la pluviométrie annuelle [l/m²].
S = la surface de collecte [m²]
T = le taux de récupération [%] de la surface de collecte déterminé par la nature du
revêtement : plus la surface est lisse et inclinée, plus le taux sera élevé, plus petite
sera la quantité d’eau évaporée.
Q = 615 x 332 x T = 204 180 L x T
T = 75 à 95%
Q = 204 180 x (0.75 à 0.95)
Q = de 153 135 à 193 971 L
2/ La filtrer
➤ Au niveau des gouttières pour supprimer les résidus (poussière, feuilles mortes…)
➤Au niveau de sortie de cuve pour éviter d'encrasser les réseaux.
3/ L’acheminer jusqu’à l’optique du phare
Estimation puissance pompe
Puissance (W) = 14 x 1 x 0,0001 x 9818
Puissance (W) = 14W par pompe
➤ En créant un four solaire avec les lentilles de Fresnel
➤Pour que l’eau soit pasteurisée, il faut la chauffer à 70°C pendant 4 minutes
➤ Calculs de rendement
Puissance du rayonnement solaire : 1350 W/m² = 1350J/s/m²
Capacité calorifique (Cc): Quantité de chaleur qu’un kilo de matière doit accumuler pour
augmenter de 1°C
Cceau : 4180 J/kg/°C
Q latente de vaporisation : Environ 2400kJ/kg = 2400000J/kg
Chaleur totale (Qt): La chaleur totale est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à 1 kg
d'eau à la température initiale pour le transformer en 1 kg d’eau à la température
finale.
Qt = capacité calorifique * ΔT
Température moyenne de l’eau de mer utilisée : 15°C
Température recherchée : 70°C
ΔT = 55°C
Alors Qt = 4180*55 = 229 900 J = 229.9 KJ
Pour transformer 1kg d’eau a 15°C en 1kg de d’eau a 70°C il faut 229.9 KJ
Calculs :
Soit une lentille de Fresnel de 76 cm de côté 0.76*0.76 = 0.5776m²
En multipliant la surface par le rayonnement solaire on a
0.5776 * 1350 = 752.76W par lentille.
En utilisant 2 heliostats il est possible d’utiliser 2 lentilles à la fois :
Puissance disponible = 752.76 * 2
Puissance disponible = 1505.52 W
Sur une période touristique d’avril à octobre la moyenne d’ensoleillement est de 1900 h
Soit 9.04 hsoleil/j
E=P * t
Soit E = 1505.52 * 9.04 * 3600
E = 48 995 642 J = 48 995.6 KJ
Quantité eau traitée par jour = Edispo / Qt = 48 995.6 / 229.9
Quantité eau traitée par jour = 213.12 L/jour
➤ Qui peut contenir jusqu’à 70m3 d’eau
Ce système nous permet de purifier 213 L d’eau par jour. En prenant une base de 24 personnes, cela correspond à environ 9 L/personne/jour et ce en totale autonomie.
A titre de comparaison,
un panneau solaire produit en moyenne 140KWh par m²
il coûte environ 1500€ par m²
une bouilloire consomme en moyenne 2KW
FABRICATION
1/ Le phare de Senetosa
Il faut pour le traitement de l'eau, monter la lentille du phare sur la deuxième tour de l’édifice, installer deux petites pompes a moteur, et placer un réservoir et de tubes en cuivre soudés ensemble au point focal de l’optique et la mise en place de la connexion entre les différentes parties du système. Cette dernière nécessite de creuser des tranchées.
2/ Les phares en général
Ce système nécessite le retrait de l’ampoule du phare et la redirection de son installation électrique vers deux petites pompes à moteur, le placement d’un réservoir et de tubes en cuivre soudés ensemble au point focal de l’optique et la mise en place de la connexion entre les différentes parties du système.
Quels matériaux ? Quel coût ?
100m Tube polyéthylène ⌀ 2.5cm 100€
2 Pompes 14W 240€
1m² Plaque de cuivre 1mm 20€
Raccords divers 100€
Heliostats 300€
Arduino 15€
Valves 50€
Marge d’erreur 20%
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Total 1000€
Temps de fabrication ?
Environ 2 semaines/ 2 personnes
Entretien ?
Vérifications régulières du bon fonctionnement.
nettoyage régulier de l'optique
Comment utilise-t-on votre système ?
Il est autonome, tourne en continu et alimente le réseau d'eau "alimentaire" de la maison.
QUELLES POSSIBILITÉS FUTURES ?
Avec l’avènement des Gps, de plus en plus de phares sont laissés à l'abandon car devenus obsolètes. Pourquoi laisser un tel héritage disparaître? Notre proposition est en particulier destinée aux phares isolés mais elle peu etre adapté à tous les phares existants car fonctionnant tous sur le principe de la lentille de fresnel depuis le XIXeme siecle.
BIBLIOGRAPHIE
➤ A l’aide des toitures du bâtiment (332m²) et des cuves présentes (4 cuves de 70m3dont
une est utilisée pour stocker l’eau potable)
➤Calcul de rendement
Q = P x S x T où :
P = la pluviométrie annuelle [l/m²].
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| Précipitations- Sartène - Corse |
S = la surface de collecte [m²]
T = le taux de récupération [%] de la surface de collecte déterminé par la nature du
revêtement : plus la surface est lisse et inclinée, plus le taux sera élevé, plus petite
sera la quantité d’eau évaporée.
Q = 615 x 332 x T = 204 180 L x T
T = 75 à 95%
Q = 204 180 x (0.75 à 0.95)
Q = de 153 135 à 193 971 L
2/ La filtrer
➤ Au niveau des gouttières pour supprimer les résidus (poussière, feuilles mortes…)
➤Au niveau de sortie de cuve pour éviter d'encrasser les réseaux.
3/ L’acheminer jusqu’à l’optique du phare
Estimation puissance pompe
Puissance (W) = 14 x 1 x 0,0001 x 9818
Puissance (W) = 14W par pompe
➤ En créant un four solaire avec les lentilles de Fresnel
➤Pour que l’eau soit pasteurisée, il faut la chauffer à 70°C pendant 4 minutes
➤ Calculs de rendement
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| Puissance du rayonnement solaire en Europe - 2011 - SolarGIS |
Puissance du rayonnement solaire : 1350 W/m² = 1350J/s/m²
Capacité calorifique (Cc): Quantité de chaleur qu’un kilo de matière doit accumuler pour
augmenter de 1°C
Cceau : 4180 J/kg/°C
Q latente de vaporisation : Environ 2400kJ/kg = 2400000J/kg
Chaleur totale (Qt): La chaleur totale est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à 1 kg
d'eau à la température initiale pour le transformer en 1 kg d’eau à la température
finale.
Qt = capacité calorifique * ΔT
Température moyenne de l’eau de mer utilisée : 15°C
Température recherchée : 70°C
ΔT = 55°C
Alors Qt = 4180*55 = 229 900 J = 229.9 KJ
Pour transformer 1kg d’eau a 15°C en 1kg de d’eau a 70°C il faut 229.9 KJ
Calculs :
Soit une lentille de Fresnel de 76 cm de côté 0.76*0.76 = 0.5776m²
En multipliant la surface par le rayonnement solaire on a
0.5776 * 1350 = 752.76W par lentille.
En utilisant 2 heliostats il est possible d’utiliser 2 lentilles à la fois :
Puissance disponible = 752.76 * 2
Puissance disponible = 1505.52 W
Sur une période touristique d’avril à octobre la moyenne d’ensoleillement est de 1900 h
Soit 9.04 hsoleil/j
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| Ensoleillement - Sartène - Corse |
E=P * t
Soit E = 1505.52 * 9.04 * 3600
E = 48 995 642 J = 48 995.6 KJ
Quantité eau traitée par jour = Edispo / Qt = 48 995.6 / 229.9
Quantité eau traitée par jour = 213.12 L/jour
➤ Qui peut contenir jusqu’à 70m3 d’eau
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| Coupe - Phare de Senetosa |
Ce système nous permet de purifier 213 L d’eau par jour. En prenant une base de 24 personnes, cela correspond à environ 9 L/personne/jour et ce en totale autonomie.
Il faut pour le traitement de l'eau, monter la lentille du phare sur la deuxième tour de l’édifice, installer deux petites pompes a moteur, et placer un réservoir et de tubes en cuivre soudés ensemble au point focal de l’optique et la mise en place de la connexion entre les différentes parties du système. Cette dernière nécessite de creuser des tranchées.
2/ Les phares en général
Ce système nécessite le retrait de l’ampoule du phare et la redirection de son installation électrique vers deux petites pompes à moteur, le placement d’un réservoir et de tubes en cuivre soudés ensemble au point focal de l’optique et la mise en place de la connexion entre les différentes parties du système.
Quels matériaux ? Quel coût ?
100m Tube polyéthylène ⌀ 2.5cm 100€
2 Pompes 14W 240€
1m² Plaque de cuivre 1mm 20€
Raccords divers 100€
Heliostats 300€
Arduino 15€
Valves 50€
Marge d’erreur 20%
_____________________________________________
Total 1000€
Temps de fabrication ?
Environ 2 semaines/ 2 personnes
Entretien ?
Vérifications régulières du bon fonctionnement.
nettoyage régulier de l'optique
Comment utilise-t-on votre système ?
Il est autonome, tourne en continu et alimente le réseau d'eau "alimentaire" de la maison.
QUELLES POSSIBILITÉS FUTURES ?
Avec l’avènement des Gps, de plus en plus de phares sont laissés à l'abandon car devenus obsolètes. Pourquoi laisser un tel héritage disparaître? Notre proposition est en particulier destinée aux phares isolés mais elle peu etre adapté à tous les phares existants car fonctionnant tous sur le principe de la lentille de fresnel depuis le XIXeme siecle.
BIBLIOGRAPHIE
« 2-3 - Trajectoires solaires (V2017) | Le blog des concepts associés aux maisons passives ». s. d. https://passivact.com/Concepts/files/Bioclimatisme-TrajectoiresSolaires.html.
15 Fresnel. s. d. http://archive.org/details/15Fresnel.
« Autofocus ». s. d. http://www.pierretoscani.com/autofocus.html.
« Bienvenue sur le site pyBar | pyBar ». s. d. http://pybar.fr/.
« CLIMAT AJACCIO par Météo-France - Normales et relevés sur la station de AJACCIO ». s. d. http://www.meteofrance.com/climat/france/ajaccio/20004002/normales.
« Comment calculer la puissance d’une pompe à eau ». s. d. https://fr.wikihow.com/calculer-la-puissance-d%27une-pompe-%C3%A0-eau.
Content Management System. s. d. « Réalisation d’un “Tracker” solaire à l’aide d’Arduino | pyBar ». http://pybar.fr/index.php?page=tracker.
Dreyer, Francis. s. d. « L’innovation des lentilles à échelon des phares, Fig. 2. » http://www.verre-histoire.org/colloques/innovations/imgpage/p303_dreyer_ill02.html.
« Energie Solaire Solidaire et Développement Durable ». s. d. http://e2s2d.org/fr/projets/annexe-1.html.
Garant, Patrick. s. d. « MANDRAGORE II - Les PHARES ». http://www.mandragore2.net/dico/lexique1/lexique1.php?page=phare.
Haddadi, M. 2003. « Elaboration d’une Commande pour Héliostat’ ». Revue des Energies Renouvelables, Numéro Spécial, 153–157.
« Inauguration du refuge littoral, phare de Senetosa (Corse du Sud) - Conservatoire du littoral ». s. d. http://www.conservatoire-du-littoral.fr/actualite/224/4-l-actualite.htm.
« Irradiation solaire ». 2017. Wikipédia. https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Irradiation_solaire&oldid=142599936.
« JP SunTracker : héliostat tout simple ». s. d. https://www.usinages.com/threads/jp-suntracker-heliostat-tout-simple.42630/print.
« La pasteurisation (France) - encyclopédie : la découverte ». s. d. /fr/page/9734/la-pasteurisation-france-encyclop%C3%A9die-la-d%C3%A9couverte.
« Le climat Corse : 2 700 heures de soleil par an ». s. d. Vacances-Corses.com (blog). http://www.vacances-corses.com/climat-corse/.
« Les phares - Lexique des termes marins - MANDRAGORE II ». s. d. http://www.mandragore2.net/dico/lexique1/lexique1.php?page=phare.
« moteurs Stirling, levitation, holographie, webcams ». s. d. http://www.photology.fr/.
ouiaremaker. s. d. « Tutoriel DIY Tracker solaire ». Tutoriel DIY Tracker solaire. https://ouiaremakers.com/posts/tutoriel-diy-tracker-solaire.
« Page:Figuier - Les Merveilles de la science, 1867 - 1891, Tome 4.djvu/444 - Wikisource ». s. d. https://fr.wikisource.org/wiki/Page:Figuier_-_Les_Merveilles_de_la_science,_1867_-_1891,_Tome_4.djvu/444.
« Rawlemon, la sphère solaire qui ridiculise les panneaux photovoltaïques ». 2015. Fredzone (blog). 18 décembre 2015. http://www.fredzone.org/rawlemon-la-sphere-solaire-qui-ridiculise-les-panneaux-photovoltaiques-758.
Retiel, N., F. Abdessemed, et M. Bettahar. 2008. « Etude expérimentale d’un distillateur solaire plan amélioré ». Revue des Energies Renouvelables 11 (4):635–642.
« Soleil, pluie, vent, température : le climat à Sartène en 2015 et 2016 ». s. d. http://www.linternaute.com/voyage/climat/sartene/ville-2A272/2015-2016.
WaterFX. s. d. « WaterFX ». http://waterfx.co/.
