Un tutoriel du Digital Frabrication Studio de l’ULB. Par Alice Leclercq et Antoine Texier
Fabriquer un distillateur et un reminéralisateur d’eau qui fonctionnent à l’énergie solaire.
Difficulté - Moyen
Durée - 1 jour
Coût - 68 EUR (€)
Sommaire
1 Prérequis
2 Introduction
3 Etape n°1 - Fonctionnement
4 Etape n°2 - Fabrication de la partie en bois (à la CNC)
5 Etape n°3 - Découpe et formation du cône en plastique
6 Etape n°4 - Fabrication du flotteur intérieur
7 Etape n°5 - Montage final
8 Etape n°6 - Utilisation
9 Entretien
Introduction
Dans de nombreux pays, l’eau disponible à bas prix n’est pas toujours potable. Même quand elle arrive dans les habitations, elle est parfois salie, la rendant impropre à la consommation.
Le dispositif développé dans ce tutoriel permet de distiller l’eau stockée dans des cuves d’environ 500L (pour une famille). Il se positionne sur la cuve et fonctionne à l’énergie du soleil. Une fois mis en place, les seuls coûts sont liés à son entretien.
Le dispositif a été développé dans le cadre d’un atelier de fabrication digitale de la faculté d’architecture de l’ULB (La Cambre Horta) dans le but d’aider les populations qui souffrent d’un problème sanitaire lié à l’eau. Pour le développer, divers projets existants ont été étudié, afin de comprendre les principes physiques qui entrent en jeux et de faire une approximation quant aux rendements possibles.
Outils & Matériaux
Liste des matériaux
- une plaque d’OSB (2,75mx1,83mx18mm)
- une bâche de protection de peintre suffisamment épaisse (ne doit pas se déchirer quand on la manipule), la plus transparente possible (pour améliorer le rendement du système)
- un tuyau en plastique (3m)
- du caoutchouc (type couverture de toit ou protection acoustique contre les vibrations)
- une colle à caoutchouc (neoprene)
- des pierres calcaires (environ 1kg)
- 2 seaux
- 8 vis (3x16mm)
- 5 crochets (30x14mm)
Attention, les quantités et dimensions sont prévues pour une cuve de 500L avec les dimensions suivantes:
Liste des outils
- une visseuse
- un briquet
- une foreuse
- une CNC (disponible dans un FabLab)
Prérequis
Le système a besoin d’énergie solaire, il doit donc être mis en place dans un climat chaud (tropical ou équatorial).
Il faut savoir utiliser une CNC, disponible dans un fablab par exemple. Il faut donc également savoir utiliser RhinoCam ou Fusion 360 ou un autre logiciel capable de sortir le code pour la CNC. Le modèle 3D joint est fait à partir de Rhino.
Etape n°1 - Fonctionnement
Le système va se positionner sur une cuve d’eau au soleil. Les rayons infrarouges du soleil vont traverser la bâche en plastique et réchauffer la fine couche d’eau au-dessus du flotteur. Le flotteur sert à séparer cette couche d’eau du reste de la cuve pour permettre son évaporation.
L’eau va progressivement s’évaporer et saturer l’air à l’intérieur du cône. Une fois l’air saturer en humidité, l’eau se condensera sur les parois en plastique qui sont plus froides puisque le plastique accumule peu la chaleur. La condensation se fera sous forme de petites gouttelettes qui vont se rassembler pour former des plus grosses gouttes qui vont s’écouler jusqu’à la base du cône par gravité. Elles vont alors tomber dans une gouttière qui les redirigera vers un système de reminéralisation. L’eau ne pourrait pas être bue si elle n’était pas reminéralisée, la dernière étape est donc très importante
L’eau va tomber dans un premier seau rempli de pierres calcaires, elle va percoller à travers la couche de pierres et se charger en minéraux. Elle va ensuite s’écouler dans un deuxième seau à partir duquel partira une canalisation qui permettra de la récolter pour la consommation.
Etape n°2 - Fabrication de la partie en bois (à la CNC)
Ci-joint se trouve le fichier pour la découpe à la CNC. Les dimensions fonctionnent pour une cuve d’un diamètre supérieur de 120cm. Si le diamètre est différent, il suffit d’élargir le « trou » à l’intérieur de la gouttière afin qu’elle puisse se positionner au-dessus de la cuve. Il faudra également augmenter les éléments structurels de manière proportionnelle afin qu’ils se positionnent toujours au-dessus de la gouttière.
Il faudra donc calibrer la machine pour fraiser la plaque utilisée (OSB)
Etape n°3 - Découpe et formation du cône en plastique.
Sur la bâche de protection de peintre, tracer un cercle d’un rayon de 75cm. Cette dimension fonctionne pour une cuve de 120cm de diamètre supérieur.
Calcul pour un autre diamètre de cuve:
rayon de la bâche = [rayon supérieur de la cuve] / 0,87
Découper un angle de 46,8° à l’intérieur du cercle.
À l’aide d’un briquet (ou autre source de flamme sécurisée), souder les deux bords intérieurs afin de constituer un cône.
Etape n°4 - Fabrication du flotteur intérieur
Dimension pour une cuve avec un diamètre inférieur de 80cm, un tuyau de 1cm de section et un caoutchouc de 0,5cm d’épaisseur.
Pour les adaptations: se référer aux calculs et au schéma.
Découper une longueur de tuyau de 251cm, périmètre du cercle de 80cm. Souder les deux extrémités pour former un cercle à l’aide du briquet, la soudure doit être étanche pour que le tuyau forme une bouée.
Calcul pour une autre cuve:
périmètre = 2 x π x [rayon cuve]
Découper un cercle dans la bâche de protection de peintre d’un rayon de 42,5cm
Calcul pour une autre cuve ou pour une autre section de tuyau:
rayon de la bâche = A + B + D + (2xC)
Découper un cercle d’un rayon de 39cm dans le caoutchouc, périmètre intérieur de la bouée.
Autre cuve ou tuyau:
rayon caoutchouc = [rayon cuve] - [section tuyau]
Découper un rectangle de 245cmx1cm, périmètre intérieur du flotteur.
Autre cuve ou tuyau:
périmètre = 2 x π x [rayon disque caoutchouc]
Coller le disque en caoutchouc au milieu du disque en plastique. Positionner la bande en caoutchouc à la verticale sur le pourtour du disque en caoutchouc. Remonter la bâche en plastique à la verticale sur la bordure en caoutchouc et coller l’ensemble.
La bâche devrait déborder de quelques centimètres, elle peut ainsi être collée sur le tuyau.
Il faut encore percer un trou (1cmx1cm) dans le caoutchouc et le plastique juste en dessous du tuyau, cela permettra l’entrée de l’eau dans le flotteur.
A = Rayon intérieur du flotteur (rayon de la cuve - diamètre du tuyau (C))
B = Épaisseur du caoutchouc
C = Diamètre du tuyau
D = Hauteur de la bande de caoutchouc, épaisseur de la couche d’eau
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| flotteur de petite taille |
Etape n°5 - Montage final
Le flotteur est positionné dans la cuve. De l’eau devrait entrer à l’intérieur.
Les deux éléments en bois constituant la gouttière sont assemblés avec 4 vis réparties équitablement sur le pourtour de la gouttière. Ils sont posés au-dessus de la cuve.
On emboîte l’un dans l’autre les deux éléments structurels en Y et on les place dans les creux prévus pour eux dans la gouttière.
La bâche peut maintenant être posée au-dessus de l’ensemble. Elle sera maintenue par une bague en bois la coinçant contre la gouttière avec 4 vis réparties équitablement sur le pourtour de la bague.
Pour stabiliser l’ensemble, l’idéal serait de fixer l’ensemble au sol avec un système de tendeurs, les 5 crochets sont alors placés sur le contour de la gouttière et seront reliés au sol par des cordes.
Dans le fond d’un des deux seaux, il faut percer des petits trous, ce sera le seau supérieur: les trous devraient permettre le passage de gouttes d’eau, mais avec un débit faible. Les deux seaux sont superposés et on place les pierres calcaires dans le seau supérieur.
Pour faire le lien entre la gouttière et les seaux, on perce un trou à travers la gouttière et on relie le trou et les seaux avec un tuyau, la longueur du tuyau dépendra de la hauteur de la cuve, de la taille des seaux et de la distance entre ceux-ci et la cuve, l’idéal étant qu’ils soient juste en dessus du trou de la gouttière. Le seau supérieur sera scellé par un morceau de bâche en plastique.
Pour finir, il faudra percer un trou dans le seau inférieur et le relier soit à une canalisation, soit directement à un robinet afin de pouvoir consommer l’eau.
Etape n°6 - Utilisation
Le système fonctionnera tout seul pour peu que la cuve soit remplie et qu’il y ait du soleil.
Entretien
Pour garantir la propreté de l’eau il faudra veiller à sécher la bâche régulièrement pour ne pas favoriser le développement de moisissures.
L’évaporation de l’eau peut produire un dépôt solide dans le flotteur ou dans la cuve, il faudra donc régulièrement retirer ce dépôt afin de ne pas salir d’avantage l’eau.
Les pierres calcaires devraient être remplacées après quelques années pour assurer une minéralisation correcte de l’eau.
Notes et Références
