Résumé
Ce projet s’articule autour de la récupération de l’eau de rosée destinée à des individus nomades, tels que les randonneurs. Les propriétés de l’eau de rosée font d’elle une eau potable et minéralisée. Elle présente en plus l’avantage de fonctionner durant la nuit, donc durant le cycle du sommeil du voyageur. L’environnement montagneux dans lequel progresse le voyageur est un second avantage, puisqu’en altitude, la différence de température durant le jour et la nuit est très importante et favorise ainsi la formation de la rosée. Ensuite, la problématique du randonneur nécessite que le prototype soit : Léger, facilement transportable, compact, facile à construire, bon marché et ne nécessite pas trop d’investissements physique. Nous nous sommes donc penchées sur la question des condenseurs radiatifs existants, qui collectent aisément l’eau de rosée, ainsi que le filet à nuage dont les mailles permettent un excellent drainage. C’est en essayant d’allier ces deux qualités que nous avons conçu le prototype.
Le phénomène physique
La rosée est un phénomène physique se produisant principalement lors du passage nuit/jour. Celui-ci s’explique par le fait que la température baisse durant la nuit. L’air pouvant contenir de moins en moins d’eau, une fois arrivée à saturation, va relâcher l’excédent dans l’atmosphère. C’est ainsi qu’on retrouve des gouttes d’eau sur les surfaces à l’extérieure au petit matin. L’eau issue de la rosée est potable et chargée en minéraux. Ce qui en fait une eau intéressante à récolter puisqu’il ne faut plus se charger de la re-minéraliser après sa collecte.Environnement
Le climat montagnard est un climat propre aux diverses régions de montagne, indépendamment de la zone climatique où elles se situent. Il se caractérise par des hivers froids et des étés frais et humides. Dans ce type de climat, la température diminue, les précipitations augmentent, la différence de température entre le jour et la nuit augmente, tout cela en fonction de l’altitude. Ce milieu est très contraignant pour l'être humain, car il est très difficile d'y construire des maisons et des routes. L'exposition et la vigueur du relief apportent aussi des nuances importantes. La pression atmosphérique et la densité de l'air diminuent avec l'altitude suivant une loi logarithmique, car l'air a tendance à se tasser au voisinage de la surface du globe. L'exposition des versants par rapport aux flux humides joue un rôle capital. La teneur en vapeur d'eau de l'air diminue rapidement avec l'altitude : à 3 000 m, l'humidité absolue est en moyenne trois fois plus faible qu'au niveau de la mer. Le point de rosée étant tributaire de la température de l'air, en haute montagne, l’humidité relative peut passer d'une valeur forte (plus de 90 %), en fin de nuit lorsque l'air est froid, à une valeur très faible (moins de 20 %), en milieu de journée lorsque la température est plus élevée.Le nomadisme
Les randonneurs et alpinistes pratiquant le bivouac et les treks de plusieurs jours sont dépendants des points d’eau potables rencontrés sur leur chemin. Le marcheur doit s’assurer que son itinéraire lui assurera un renouvellement régulier de son eau, et même parfois porter un plus grand poids en eau si l’approvisionnement n’est pas assez récurrent. Des imprévus peuvent aussi précipiter le manque d’eau et on se retrouve vite dans une situation d’urgence voire dangereuse. Et s’il était possible d’oublier cette contrainte et d’atteindre une autonomie complète en randonnée ? On peut évaluer ce besoin à 1,5L journalier au minimum. Plus le marcheur portera de l’eau, plus le poids de son sac va augmenter, c’est une raison pour laquelle il préfère se contenter du minimum. Si un dispositif portatif lui permettait de récolter sa propre eau, indépendamment de toute installation humaine, qui se font plutôt rare en haute altitude, il faudrait que ce dispositif soit très léger et que son poids n’excède pas 500g pour y trouver un intérêt. Le climat montagneux est idéal pour le phénomène de rosée. En effet, l’écart des températures de jour et de nuit favorise ce phénomène ainsi que la haute teneur en humidité de l’air. Le phénomène de rosée s’effectuant à chaque cycle journalier, à la fin de la nuit. Cela coïncide avec le cycle du randonneur qui monte sa tente et reste au même endroit pendant la nuit. De plus, contrairement aux précipitations montagneuses, de caractère imprévisible, la rosée, qui apparaît lors d’un cycle est complètement fiable. 
Pour résumer, le dispositif doit être léger, compact, rapidement montable et démontable afin de ne pas se faire surprendre par le crépuscule, et doit pouvoir fournir 1L en moyenne durant une nuit.
Le projet
L’état de l’art des dispositifs qui récupèrent l’eau de rosée peut être résumé en deux systèmes distincts : les condenseurs radiatifs et les filets à nuage. Les condenseurs radiatifs jouent sur le principe de paroi froide. Ceux-ci sont construits sur base de matériaux à forte émissivité infrarouge. Cela signifie que durant la nuit, les condenseurs émettent de la chaleur vers le ciel, entrainant ainsi le refroidissement du matériau. Puisque la rosée se dépose davantage sur les surfaces froides, le dépôt de gouttelettes d’eau est amélioré. Le système possède donc une récolte efficace. Tandis que les filets à nuage s’avèrent être simplement des sacs à patates tendues, que les épaisses couches de brouillard, chargées en eau, vont traverser et déposer l’eau sous forme liquide. Le drainage est particulièrement efficace puisque la maille très fine des filets permet aux gouttes de se rassembler facilement et de glisser le long des fils par gravité.
C’est en tentant d’allier ces deux systèmes que nous sommes parvenues au prototype suivant. Il est constitué d’une feuille de papier PVC dans laquelle des lignes sont découpées selon un schémas précis. Ces découpes permettent obtenir une surface pouvant être étendue afin d’arriver à un objet en 3 dimensions. Il faut ensuite figer la forme des motifs préalablement grâce à la chaleur. Ceci permet d’atteindre les objectifs fixés : qu’il soit pliable, léger, facile à ranger et à utiliser.
Le prototype va se baser sur 3 principes physiques :
1) Aérodynamique
Appliquée à notre dispositif, il s’agit du renouvellement de l’air, grâce à la force du vent. Cet air, chargé en humidité, traverse le matériau où les gouttelettes vont pouvoir s’accrocher.
2) Collecte
Ce paramètre est dépendant du phénomène de rosée. En effet, lorsque le point de rosée est atteint, l’air va rejeter son excès en humidité dans l’environnement. C’est ainsi que les gouttes se déposent sur le matériau aux endroits des parois froides. Plus la température du matériau est basse par rapport à l’air ambiant, plus d’eau de rosée apparaitra sur ses surfaces.
3) Drainage
La récupération de l’eau se produit via la technique appelée : « drainage ». On peut le considérer comme travail de la mobilité de l’eau à l’état liquide sur un matériau. Les fines gouttes, une fois accrochées à la surface, vont se rassembler afin d’atteindre une certaine dimension et donc un poids suffisant pour finir par tomber par gravité.
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| Aérodynamique - Collecte - Drainage |
Sachant qu’il est possible de récupérer au minimum 0,75L d’eau par m2 et par nuit (en fonction du dispositif), nous avons pris ce chiffre pour constituer notre base de dimensionnement. Le prototype se dessine sous forme d’un entonnoir triangulaire à 3 faces. Puisque l’objectif est d’atteindre 1m2 de surface au total, cela signifiait que pour une base de 50cm, il aurait fallu 1,3m de hauteur. Ce qui n’est nettement pas possible pour un randonneur en terme de rangement. C’est pour cela que nous avons décidé de diviser l’entonnoir lui-même en 3 plus petits modules. La scission nous a permis d’obtenir un module de 45 cm de base pour une hauteur de 50 cm.
Il suffit d’accrocher le dispositif à un arbre, sous lequel on vient fixer n’importe quelle gourde de 1L, et de laisser passer une nuit complète. Le prototype fonctionne uniquement pendant la nuit, en adéquation avec le quotidien d’un randonneur. Les gouttes issues du point de rosée viennent se déposer sur la maille et glissent le long de celle-ci, à l’aide du dessin particulier. Elles continuent leur chemin au long du fil principal jusqu’à l’intérieur de la bouteille.
Fabrication
Le prototype est construit à partir d’une feuille PVC 200 µmètres d’épaisseur transformée, de cordes, 25 anneaux métalliques dont 1 avec une section de 20mm et le reste de section 12mm, une plaque de bois multiplex découpée 50x16cm de 3mm d’épaisseur et une paire d’aimants 1,5 cm de section.
Au niveau de la production, la feuille de PVC est tailladée grâce à une machine de découpe vinyle (ex. Roland CAMM-1 GS-24) tandis que la pièce en bois est obtenue à l’aide d’une imprimante laser. Le temps de fabrication total approchera les 150 minutes. La découpe PVC durant 50 min par feuille et le laser 5 min.
Le tout reste assez abordable puisqu’il faudra dépenser 17euros au total comprenant : 5,85 pour 3 feuilles PVC de 100x70cm + 3 euros plaque bois multiplex + 3 euros tous les anneaux métalliques + 5 euros paire d’aimants.
Le prototype ne demande pas d’entretien particulier. Il sera néanmoins nécessaire de bien suivre les instructions de rangement (ex. sens de l’enroulage) afin d’éviter de fragiliser les matériaux.
Evaluation du Low-Tech
La rosée se dépose effectivement dessus, cependant nous n’arrivons pas encore à atteindre l’objectif des 1,5 L par nuit exigé. Deuxièmement, on remarque que la façon dont est découpée la feuille aide les gouttes à se rassembler, cependant cette technique ne permet pas encore aux gouttes de tomber. C’est surtout l’efficacité du système de drainage sur lequel il faut encore travailler. Ainsi, une étude plus profonde concernant la texture des motifs pourrait être entamée.
De plus, augmenter la surface de récupération permettrait de récolter davantage d’eau, par contre cela tendrait à rendre l’ensemble plus lourd et moins compact. Il s’agit là d’un véritable équilibre à trouver.
En terme de fabrication, il peut desservir l’environnement puisque le prototype est construit à partir de plastique qui est une matière polluante. Par contre, c’est une installation éphémère et autonome donc n’introduit pas de transformation dans son contexte.
