Premières expérimentations

Premières expérimentations

Assez rapidement nous avons choisi de travailler sur le phénomène de  la condensation. L'accès à l'eau est très compliqué pour des millions de personnes; l'idée est de faciliter celui-ci en créant un dispositif qui produit de l'eau de manière indépendante et uniquement lié aux conditions climatiques.

Le travail de Achille Knapen avec son dôme de pierre nous a beaucoup intéressé. C'est pourquoi nous avons décidé de nous pencher dessus afin d'essayer de le reproduire et de l'optimiser avec les matériaux et connaissance modernes.

http://www.amusingplanet.com/2016/08/achille-knapens-air-well.html

Mais avant de dessiner il a fallu comprendre le phénomène de rosée et de condensation. Très vite il nous a paru évident que les conditions climatiques allaient déterminer l'efficacité du dispositif c'est pourquoi il fallait choisir un cadre. Nous avons déterminé que notre dispositif fonctionnerait au mieux dans les pays à climat tropical. Les températures varient beaucoup entre le jour et la nuit et il y a un taux d'humidité relative dans l'air très élevé.

                    

             

Du coup, nous nous sommes penchés sur la composition du puits aérien afin de l’optimiser au maximum à moindre coût.

L’enveloppe, afin de conserver au maximum son principe d’inertie sera en matériaux lourd (béton armé) MAIS pour ce qui est de la partie central du puit, nous avons constaté que les plastiques et en particulier le plexy 2mm était très efficace pour la récolte de l’eau par rapport au phénomène de condensation.

                                        

                

C'est ce que nous allons expérimenter lors de notre semaine à Chevetogne.

Piste de travail : Eau de Rosée

Eau de Rosée

Introduction

L’eau de rosée est une source d’eau venue du ciel. C’est un mécanisme de condensation dès que l’humidité relative de l’air atteint sa saturation à 100% sur des surfaces froides.

Le principe physique est plutôt simple. C’est la transformation de la vapeur d’eau présente dans l’air atmosphérique en gouttelettes d’eau. Cela se produit principalement la nuit sur un support froid lorsque l’humidité de l’air dépasse 100%, c’est le point de rosée. Pour provoquer cette condensation, il suffit de refroidir la surface de quelques degrés. De plus, le phénomène n’a pas besoin d’apport en énergie pour fonctionner.

Le potentiel de condensation dépend cependant des conditions climatiques du contexte et donc le rendement est fort variable. La qualité de l’eau, dépend quant à elle du milieu dans lequel la récolte s'effectue. Si la récolte se fait à un endroit où l’air est pollué, l’eau va être contaminée également et devra subir une filtration afin d'être potable. Cependant, si le milieu est sain, l’eau sera directement potable.

Etats de l’art

L’idée est plus qu’alléchante et est pourtant exploitée que depuis très peu de temps. On peut ainsi retrouver des systèmes comme ceux que fait Opur ou encore l'usine d’eau en Inde.   

Opur est une association promouvant toutes les solutions alternatives à la production d’eau. Ils ont construit différents dispositifs exploitant le phénomène physique de la rosée. Ils ont entre autre construit différentes structures proposant des plans inclinés à 30° avec une capacité radiatif forte. Cette inclinaison optimise le rapport entre la captation et le drainage par gravité. Dès qu’une goutte sera assez lourde, elle glissera le long de la paroi et l’angle optimal est de 30°.

L’ensemble de leurs installations sont fixes et assez lourdes. L’utilisation d’une matière à forte émission infrarouge permet une accélération du refroidissement de la surface et du coup augmente le temps potentiel de rosée sur la surface et augmente par conséquent la capacité de production. Pour ce faire, ils utilisent une surface radiative qui coûtes 2€/m². Cette surface permet une captation d’eau allant jusqu’à un rendement maximum de 0.75L /m² par nuit.

De plus, en Inde, on peut trouver la première usine d’eau de rosée situé sur la côte aride du Gujarat. Ils ont réussi à obtenir 850m² de surface récoltant l’eau de rosée et ils ont l’objectif d’atteindre les 12000m². Ils ont remodelé l’ensemble du paysage en d’énormes rigoles recouvertes de ce film radiatif.

Piste de travail

Concernant notre piste de travail, la production d’eau alternative par le biais de la rosée nous paraissait une piste intéressante à exploiter. Une ressource en eau potable tombée du ciel ne demandant aucun un apport en énergie.

Cependant, la mise en œuvre nous paraissait lourde et imposante sur le paysage.  L’idée d’avoir un système portatif permet de diminuer ou d'éliminer toute la période de la journée où la surface de condensation absorbe l’énergie du soleil. Une énergie que le système devra renvoyer en infrarouge la nuit. Dés lors, en diminuant ou en supprimant cette phase, le système aurait beaucoup moins d’énergie à renvoyer la nuit, et donc atteindra le delta t° pour le point de rosée plus rapidement.

Le deuxième avantage à avoir un système portatif est son action passive sur le paysage. L’inconvénient que nous avons relevé sur les différents projets préexistant est leur impact paysagé fortement agressif dans le cas de l’usine d’eau de rosée en Inde. Nous avons alors imaginé notre système comme un objet visant un public faisant des treks de camping ou nomade.

L’autre direction de notre système est de voir comment nous pourrions améliorer la percolation sur la surface. 

Recherche : Les aiguilles des cactus

L’aiguille des cactus est doté de micro segments, formant un barbelé sur les épines à très petite échelle dans le sens inversé de la pointe. Contrairement aux idées reçues, cette morphologie n’est pas à finalité défensive du cactus, elle à un tout autre objectif dans son évolution.

Ces aiguilles, auraient pour fonction de participer à la survie du cactus en milieu aride. En absence d’eau, cette plante à besoin de trouver une alternative pour survivre, les aiguilles joueraient un rôle important. Au fil de son évolution, cette plante aurait abandonné ses feuilles pour se doter d’épines. Les pointes de ces épines, de par leur structure internet et externe, favorisent la condensation de l’eau sur les pointes. Par capillarité ensuite, via les micro-pointes, l’eau va rejoindre la base des aiguilles et couler par gravité jusqu'aux racines du cactus (qui s’étendent largement autour de la plante, mais à faible profondeur). 

Ce processus est la réponse du cactus à son milieu hostile et fruit de son adaptation à un milieu aride ou l’eau se fait rare.

Dans le cadre de notre projet, l’idée était d’essayer de reproduire ce mécanisme à travers une aiguille synthétique, imprimée en 3D. Celle-ci prends forme d’un assemblage de pointes écartés dans lesquelles se forme un cône, l’eau capté est supposée couler à travers ce cône et aboutir dans un réservoir.

Cette « aiguille synthétique » devrait être produite en grande quantité et percé dans une bouteille en plastique.

Plusieurs problèmes se sont rencontrés dans cette expérience :
- La résolution d’impression 3D est trop faible pour avoir une aiguille aussi petite, l’aiguille imprimé est plus grande que prévue(0,12mm), de ce fait ne réagit pas exactement comme prévu.
- La quantité d’aiguilles à imprimer pour avoir un résultat minimal est énorme
- Le temps d’impression d’une seule aiguille est colossal

Il aurait été intéressant de pouvoir retenter le coup avec une finesse d'impression plus petite et pouvoir en produire en grande quantité afin d'effecteur un essai sur une bouteille.

http://www.arides.info/article0006.html

Recherche : Des méduses dans l'eau

« Sans squelette, ni cerveau, dépourvue de poumons et de sang, la méduse est un être mou sans queue ni tête, sans droite ni gauche, rangé au début de la classification zoologique, juste après les éponges. » (1).

Cependant, cette vision gélatineuse de cette dernière cache de nombreuses interrogations. En effet, la méduse est intéressante dans de nombreux domaines de recherches tels que :

• L’étude des fonds marin,
• L’étude des courants marin,
• Son anatomie,
• La mythologie,
• La gastronomie (comestible).

Anatomie
Une méduse est composée de 98% d’eau, soit 28% de plus que le corps humain. Cette particularité entre aussi en résonance avec les souvenirs de méduses échouées sur la plage. En effet, une méduse se décompose en se vidant de toute son eau. On pourrait imaginer prendre des méduses comme filtre naturel d’eau salée. Elles sont consommées en Chine, Japon et Corée pour le collagène qui les composent.

Des études ont montré qu’une méduse se décompose en deux heures, l’eau obtenue ne contient des traces de sel qu’a très faible dose. Dans le cas de certaines espèces, l’eau extraite par cette décomposition peut contenir des bactéries dangereuses pour l’homme.

Dès lors, comment mettre en place un élevage posait certaines questions :

• Comment gérer l’alimentation ?
• La reproduction ?
• Dans quelles échelles de temps ?
• Dans quelles échelle/proportions ? 

Alimentation :

Les méduse est un animal carnivore, la bouche de la méduse se trouve sous son ombrelle et ses filaments y portent la nourriture : crevettes, petits crabes, et des petits poissons. Cependant certaines espèces son herbivore, elles ne se nourrissent que de plancton (2).

Reproduction :

Les méduse se reproduisent lors de leur mort. Dans la majeure partie des cas, les œufs sont fécondés dans l’eau après la rencontre des spermatozoïdes avec leurs équivalent femelle. Ces œufs se transformeront en larve, « planula », qui une fois tombées dans le fond de l’eau, se fixent sur un support (coquillage, rocher, …) et se développent en « polypes » . Ces polypes libéreront les bébés méduse qu’après un changement de température, d’oxygène ou d’un coup de tonnerre (3).

On comprend bien des lors que la période de reproduction peut être variable, et l’homme peut avoir un impact direct sur celle-ci.

Pour exemple : « Elle apprécie également la proximité des centrales thermiques en mer du Nord, par exemple, qui rejettent des eaux à température constante, entre 16 et 20 °C. Ces conditions de température stable trompent les polypes qui ne reconnaissent plus les saisons et n'ont donc plus de repos hivernal. Ils émettent alors constamment des éphyrules, d'où des concentrations de méduses au niveau des circuits de refroidissement. Elles y sont si nombreuses qu'elles colmatent ces circuits. » (4).

Croissance :

Il existe plus de mille espèces de méduse connues par l’homme, chacune d’entre elle a une croissance très variable, en fonction de sa taille et de son milieu. Ça peut aller de quelques semaines à plusieurs années. Cependant une constante existe, il faut que la méduse consomme plusieurs fois son propre poids afin de grandir.

Dimension :

Selon la quantité d’eau désiré, il faudrait des ailes de bassins différent. Pour pouvoir assurer une production régulière en eau, la quantité de bassin doit être élevé. Cependant la méduse peut vivre dans peu d’eau du moment qu’il y ai suffisamment de courant.

On pourrait avoir une concentration de 70% de méduses pour 30% d’eau (qui doit être renouvelé en permanence). Soit pour un bassin d'un mètre cube : 700 L de méduse composées à 98% d’eau récupérable, donc un total de 646L. Un rendement très élevé, mais qui pose plusieurs problèmes.

On pourrait donc imaginer que de telles installations soient réaliser directement en mer pour un apport naturel en aliment, et pour répondre à une demande importante d’espace. Ces installations devront être accompagné de laboratoire afin de provoquer éclosions des « polypes », pour ensuite remettre les bébés méduses dans des bassins en mer. Toute l’énergie et les moyens développé pour réaliser et entretenir de telles installations nous semblent démesurés, cependant dans des conditions de survie en mer, la récupération de méduse (de plus en plus présente) offre des solutions. 

11. http://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/zoologie-dame-meduses-81/page/4/ [Consulté le 10/12/2017]

22. http://www.jaitoutcompris.com/animaux/la-meduse-48.php [Consulté le 10/12/2017]

33. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00809593/ [Consulté le 10/12/2017]

44. www.larousse.fr/encyclopedie/vie-sauvage/méduse/184049 [Consulté le 10/12/2017]

55. https://fr.wikipedia.org/wiki/M %C3%A9duse_(animal) [Consulté le 10/12/2017]

66. http://www.janvanduinen.nl/jellyfish.php [Consulté le 10/12/2017]

Réalisation d'un tracker solaire

La Fontus et L'effet Venturi

Nous avons fait beaucoup de recherches sur la Fontus. Une bouteille qui se remplit d'eau en restant dehors, n'est-ce pas merveilleux? Nous nous sommes penchés sur tous les éléments qui rentraient en jeux pour pouvoir provoquer la condensation dans cette bouteille pour voir si nous pouvions, avec nos connaissances ou nos recherches, proposer une solution LowTech à ce HighTech. 

Nous avons analysé la Fontus et décelé les trois conditions mises en oeuvre pour qu'elle fonctionne théoriquement.

Nous savions cependant qu'elle devait filtrer un volume d'air énorme pour se montrer efficace. On s'est donc penché sur un système pour avoir un apport d'air conséquent et Low-Tech, car on avait lu que pour 1L, la fontus devait filtrer dans les 50 000m3. C'est là, qu'on a entendu parler du théorème de Bernoulli et de l'effet Venturi qui crée un flux cyclique. Cet effet permet aussi de refroidir l'air et donc de provoquer la condensation.

Pour le système de condensation, nous avons pensé à utiliser de l'argile ou de la terre cuite pour avoir une surface qui capte plus facilement l'eau, qui lui permet de condenser et qui se refroidi lors de l’évaporation de l'eau.

Journal de bord - Ridel / Dufayard

Calculs de rendement

Premières approches : Prototypes 1

Premières approches de prototypage :

Lors de nos première recherche de prototypage, nous nous sommes intéressés à la condensation de l’humidité de l’air sur une paroi froide. 
Pour créer ce système, nous voulions utiliser des composants d’ordinateurs tels que des ventilateurs, des modules de Peltier et des diffuseurs de chaleur (fig. 1). 

fig. 1 - Premier prototype

A partir de cette technologie du froid, nous avons établis plusieurs modèles utilisant, de différentes manières , une surface froide pour condenser l’humidité de l’air. 

Une première approche fut de mettre en série plusieurs unités de refroidissement afin de démultiplier la surface froide et ainsi démultiplier la quantité d’eau condensée (fig 2.). 

Par extension, nous nous somme intéressés à l'utilisation d'un module de refroidissement pour refroidir un liquide (dans ce cas-ci de l’eau) qui deviendrai notre source froide pour la condensation.

Cette idée de générer un liquide «caloporteur» froid va nous permettre d’établir deux autres modèles de captation d’humidité.

Le premier modèle consiste à faire circuler le liquide froid dans un réseau tubulaire. L’humidité de l’air ambiant, en contact avec ce réseau de tube refroidi par le liquide, viendrai se condenser et perler à la surface des tubes. (fig. 3) 

Le deuxième modèle, serait l’inverse du premier, dans lequel on vient amener l’air ambiant chargé en humidité dans un réseau de tuyaux. Ces tuyaux passent ensuite dans une chambre comportant un liquide refroidi. L’air ambiant contenue dans les tuyaux vient se condenser sur la surface intérieur des tubes. (fig. 4) 

Après ces premières esquisses de prototype, nous sommes entré en contact avec des professionnels dans le domaine de système de chauffage et de climatisations afin d’évaluer la faisabilité des différent prototypes. 
Ces derniers nous ont expliqués que la production du froid demande une quantité d’énergie très importante pour diminuer la température d’un matériel. 

Selon eux, la technologie du froid consomme trois fois plus d’énergie que la technologies de production de chaleur. Au final nous nous rendons compte que la technologies du froid ainsi que la conception de ces différents prototypes n’entrent pas dans une perspective Low-Tech. Nous avons donc écarté cette idée de travailler cette technologie. 

Afin de rester dans l’optique d’un système Low-Tech, nous nous sommes tournés vers l’utilisation d’énergie naturelle pour notre système. 
Notre entretient avec ces mêmes professionnels nous a amené également à aborder cette fois-ci la technologie du chaud pour notre système. 
Parmi les énergies naturels permettant l’augmentation de la température, nous avons choisis l’énergie solaire comme première source de principale d’énergie à notre système. 

Nos recherches dans le domaine de l’énergie solaire et de la production de chaleur nous ont orienté vers les systèmes de four solaire. 
Ces derniers sont de plus en plus utilisé dans le domaine culinaire pour chauffer des aliments grâce à l’énergie solaire. 

Nous souhaiterions dés lors utiliser cette technique pour chauffer de l’eau «impropre à la consommation» et produire de l’eau distillée.

Premières reserches

Première expérience

Premières experimentations - Lydia Touche & Circé Ribar

La fleur de rosée :

Le but recherché était :
1. capter l'eau issue du phénomène de rosée
2. rassembler l'eau par ramification, ici l'embranchement des pailles
3. stocker l'eau

Nous avons essayé notre dispostif mais les résultats n'étaient pas concluants. Les gouttes une fois formées restaient inertes sur les parois des entonnoirs.
Nous allons donc modifier le système.

Suite des recherches :

nous allons nous orienter vers le drainage de l'eau issue de la rosée. Notre nouvelle idée est de construire une structure et d'y étendre un materiau facilitant le drainage de l'eau.