Réhabilitation de phare en purificateur d’eau solaire.

Phare de Senetosa

Contexte et problématique :

Nous travaillons sur un phare en corse construit en 1890 et racheté par un particulier qui l’a réhabilité en refuge pour randonneurs. Il est ouvert d’avril à octobre et sa capacité est de 24 personnes. L’accès y est très difficile, il n’y a pas de voie carrossable, et il est isolé des réseaux d’éléctricité et d’eau potable.

Le nouveau propriétaire a fait un appel a 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.

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 répondre à cette demande, nous avons souhaiter reconvertir l’optique du phare en four solaire afin de pasteuriser l’eau de pluie. Cette solution, additionnée à un filtre à l’entrée de la citerne, permettrai de rendre l’eau de la citerne potable tout en conservant les souhaits du propriétaire.

Elements à supprimer de l’eau

è Bactéries

è Elements venant de la surface de captation d’eau de pluie

 Données météorologiques

Ajaccio est à environ 60km du phare de Senetosa

Fonctionnement du système mis en place

           1/ Capter l’eau de pluie

è A l’aide des toitures du bâtiment (332m²) et des cuves présentes (4 cuves de 70m³ dont une est utilisée pour stocker l’eau potable)

è 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

è Au niveau des gouttières pour supprimer les résidus (poussière, feuilles mortes…)

3/ L’acheminer jusqu’à l’optique du phare

 Schéma 1 : 1 & 2  Pompes 14W 

Estimation puissance pompe

Puissance (W) = 14 x 1 x 0,0001 x 9818

Puissance (W) = 14W

4/ La pasteuriser

è En créant un four solaire avec les lentilles de Fresnel

è Pour que l’eau soit pasteurisée, il faut la chauffer à 70°C pendant 4 minutes

è 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

Cc_eau : 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 h_soleil/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 = E_dispo / Qt = 48 995.6 / 229.9

Quantité eau traitée par jour = 213.12 L/jour

5/ L’acheminer vers la cuve

è 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 

Fabrication

Quels processus ou techniques de fabrication doit on utiliser pour fabriquer votre low-tech ?

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. Cette dernière nécessite de creuser des tranchées.

Quels matériaux ? Quel coût ?

100m Tube polyéthylène ⌀ 2.5cm                                   100€

2 Pompes 14W                                                          240€

1m² Plaque de cuivre 1mm                                         20€

Raccords divers                                                         100€

Marge d’erreur                                                          20%

_____________________________________________

Total                                                                          552€

Temps de fabrication ?

Environ 1 mois. / 2 personnes

Entretien ?

Vérifications régulières du bon fonctionnement.

Comment utilise-t-on votre système ?

Il est autonome et tourne en continu et alimente le réseau d'eau "alimentaire" de la maison.

WatPer

Résumé : 

Nous avons tout d'abord abordé la question du phénomène de la rosée et analysé son fonctionnement pour ensuite nous focaliser sur un contexte dans lequel ce phénomène serait propice et dont le besoin en eau salubre est urgent. Les camps de réfugiés Rohingyas, situé au Bangladesh, vivent dans des conditions déplorables et ont un besoin urgent en eau salubre. Le Bangladesh présentant un climat de mousson subtropical propice au phénomène de rosée, nous avons donc décider de développer un système de bâche en polyéthylène récupératrice de rosée grâce à la condensation de la vapeur d'eau présente dans l'air. Ce système est simple à mettre en place et à monter pour un prix très faible, il est fait d'une structure en bambou reliée par de la corde et permettant de tendre un film plastique en polyéthylène, celui-ci effectuant le différentiel de température nécessaire à la condensation. L'eau ruisselle le long du support pour être récupérée dans une rigole menant à des bassines. 



Contexte et problématique:

Pour quel contexte développez vous votre low tech ? - Ce low tech est développer pour des camps de réfugié dans des climats tropicaux, ici plus précisemment les camps de réfugiés Rohingyas au Bangladesh.

Quel est votre problématique identifiée ?

- l'accès à l'eau est abondant dans cette région mais cette eau est insalubre ou mal exploitée.

Que proposez vous pour répondre à la problématique ? - Nous proposons un système de récupération de la rosée

Design et fonctionnement de votre low tech

Quel design ? Pourquoi ?

- Nous avons développer une bâche récupératrice de rosée à installer sur les toitures des habitats afin de profiter de la pente pour favoriser le ruissellement de l'eau sur le support.

Comment fonctionne votre low tech par quels mécanismes ?

- L'eau présente sous forme de vapeur dans l'air se condense au contacte d'une paroi plus froide et ruisselle le long de celle-ci afin d'être récupérée en gouttière.

Pour quelle utilisation ?

- Afin de produire de l'eau potable pour un foyer

Fabrication (partie technique à publier sur le low tech lab, inspirez vous des tutoriels sur http://lab.lowtechlab.org/index.php?title=Utilisateur:Nomade_des_Mers)

Quels processus ou techniques de fabrication doit on utiliser pour fabriquer votre low-tech ?

- L'installation de la structure peut être montée à la main, le principe serait d'expliquer aux populations comment le monter afin qu'ils puissent participer au maximum et permettre donc de s'implanter de manière durable.

Quels matériaux ?

- Bois de bambou

- Corde

- Plastique Polyéthylène (Low Density)

- Bouteille en plastique

Quel cout ?

Pour un prototype de 1m2

- Bambou : 4,00€ - Corde : 2,00€ - Plastique Polyéthylène : 0,24€

- Bouteille en Plastique : 0,00€

Total :                                   6,24€

Temps de fabrication ?

- 1h

Entretien ?

- Pas d'entretien nécessaire

Comment utilise-t-on votre système ?

- Le système fonctionne tout seul, il suffit de récupéré l'eau récoltée tous les matins.

Test et validation:

Etablir une liste de critères sur lesquels le bon fonctionnement de votre low-tech doit être évaluée ?

- Budget nécessaire à la construction du low-tech - Facilité de fabrication du low-tech

- Conditions climatique respectée

- Rendement efficace

Évaluez votre low tech ? Qu’est-ce qui marche et qu’est-ce qui ne marche pas ?

- Le bon fonctionnement nécessite certaines conditions climatiques, le low-tech risque donc de perdre en efficacité à certaine période de l'année. Les test effectués étaient réalisé dans des conditions différentes que les conditions pour lesquelles le low-tech est destiné.

Démontrer ce qui marche ?

- Le support utilisé permet une bonne condensation de l'eau et la pente permet à l'eau de ruisseler naturellement vers la gouttière ce qui donne un bon rendement en eau salubre, sur une seule nuit nous avons récolté une moyenne de 0,34L/m2 sur les différents test effectué, le plus concluant ayant récolté 0,4L/m2

Qu’est ce qui pourrait être amélioré ?

- La structure soutenant la bâche en polyéthylène peut être améliorer afin d'améliorer la rigidité et le rendement.

Quelles sont les perspectives d’utilisations et d’amélioration ?

- Une utilisation accessible à tous les camps de réfugiés dans le monde, réunissant bien évidemment les conditions climatiques propices au bon fonctionnement du low-tech.

Comment votre projet pourrait desservir le contexte et la problématique identifiée ?

- Si les communautés ne sont pas réceptives et participatives à l'installation et au bon développement des low tech au sein des camps, l'investissement des organismes apportant leur aide devrait être beaucoup trop important et donc desservir le contexte.

Watermaze

• Résumé

Ce projet s’articule autour de la récupération de l’eau de rosée destinée à des individus nomades, tels les randonneurs. Les propriétés de l’eau de rosée font d’elles une eau potable et déjà 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 montagne la différence de température durant le jour et la nuit est très importante et donc favorisant 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, et le filet à nuage dont les mailles permettent un excellent drainage. C’est en essayant d’allier ces deux qualités que nous avons créer le prototype. 

• Contexte et problématique:

Pour quel contexte développez vous votre low tech ?

Environnement montagneux où la différence de température entre le jour et la nuit est plus importante.

Quel est votre problématique identifiée ?

Les randonneurs ne sont pas autonomes vis-à-vis de leur besoin en eau. A ce jour, il n’existe pas de système de récupération de l’eau pour un campeur.

Que proposez vous pour répondre à la problématique ?

Un système travaillant sur la récupération de l’eau de rosée, fonctionnant essentiellement la nuit.

• Design et fonctionnement de votre low tech

Quel design ? Pourquoi ?

Il s’agit d’une feuille en PVC transformée via des découpes précises, qui vont la déformer en un objet à 3 dimensions. Ceci afin de qu’il soit pliable, léger, facile à ranger et à utiliser.

Comment fonctionne votre low tech par quels mécanismes ?

Le prototype capture la rosée par 3 mécanismes :

1. Aérodynamique : Renouvellement constant de l’air par le vent, et donc régénération des particules d’eau sous forme de vapeur.
2. Collecte : Fait que la rosée se dépose effectivement sur la surface en question.
3. Drainage : Rassemblement des gouttes petit à petit qui va permettre, à un moment donné, à la goutte d’atteindre une dimension et un poids suffisant pour tomber par gravité.

Pour quelle utilisation ?

Boire uniquement.

• Fabrication

Quels processus ou techniques de fabrication doit on utiliser pour fabriquer votre low-tech ?

Découpe sur la machine vinyle, ou en tout cas une machine pouvant découper des feuilles PVC. Dans ce FabLab, il s’agit du modèle Roland CAMM-1 GS-24.

Découpe laser pour fabriquer les pièces en bois.

Quels matériaux ?

Feuille de pvc de 200 µmètres d’épaisseur.

Corde.

2 bouteilles d’eau en plastique d’1,5L.

Quel cout ?

1,95 euros feuille PVC de 100x70cm + 6 centimes pour la corde. 

Temps de fabrication ?

45 min découpe Roland + 5 min découpe des bouteilles en plastique + 5 min placer et accrocher la corde = 1h environ.

Entretien ?

Pas d’entretien particulier nécessaire.

Bien suivre les instructions de rangement : sens d’enroulage. 

Comment utilise-t-on votre système ?

Le prototype s’accroche à un arbre, il faut ensuite attendre toute une nuit que la rosée se dépose et puisse être récupérée au petit matin.

• Test et validation:

Etablir une liste de critères sur lesquels le bon fonctionnement de votre low-tech doit être évaluée ?

• La légèreté : pas plus de 100g.
• La facilité de montage : moins de 10min.
• Compact : doit rentrer dans le sac à dos.
• Le coût : pas plus de 5 euros.
• Qualité de l’eau : doit être déjà minéralisée.

• Evaluez votre low tech

Qu’est-ce qui marche et qu’est-ce qui ne marche pas ?

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.

Démontrer ce qui marche ?

Qu’est ce qui pourrait être amélioré ?

L’efficacité du système de drainage.

Quelles sont les perspectives d’utilisations et d’amélioration ?

• Augmenter la surface de récupération mais ceci tendrait à rendre l’ensemble plus lourd et moins compact.
• Changer la forme de la feuille
• Trouver un système qui étire naturellement la feuille 

Comment votre projet pourrait desservir le contexte et la problématique identifiée ?

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 changement dans son contexte.

Aquaplug - Questions/Réponses

Résumé

Nous avons dans un premier temps analysé le fonctionnement des distillateurs solaires et nous avons cherché par la suite un endroit propice pour développer notre système. Au Brésil, sur le toit des favelas, on aperçoit des cuves à eau or cette eau n'est pas potable et sert seulement pour la salle de bain et la cuisine. Nous avons donc décidé de créer une installation que l'on pourrait brancher sur les cuves existantes pour amener une source d'eau potable. Le projet fonctionne avec l'évaporation de l'eau grâce au rayonnement solaire et la condensation de l'eau sur une paroi plus froide. Le système comprend donc un flotteur qui permet de faire évaporer l'eau plus vite, une bâche transparente tendue pour que l'eau puisse condenser, une gouttière pour récolter l'eau et un seau pour reminéraliser l'eau. Notre projet peut être fabriqué avec des matériaux de récupération et il ne demande pas des matériaux très chers. Cette idée pourrait aussi servir en Inde et en Afrique car il y a beaucoup de Soleil et beaucoup de cuves à eau.

Contexte et problématique:

Pour quel contexte développez vous votre low tech ?

Notre projet s'installe sur les cuves d'eau dans les favelas au Brésil. C'est un bon emplacement pour notre système grâce au climat tropical et il pourrait aussi fonctionner dans d'autres pays chauds.

Quel est votre problématique identifiée ?

L'eau dans les cuves n'est pas potable donc ils s'en servent seulement pour se laver et faire la vaisselle et ils doivent acheter de l'eau en bouteille. Nous voulons rendre potable une partie de l'eau contenue dans la cuve.

Que proposez vous pour répondre à la problématique ?

Pour résoudre le problème nous voulons utiliser un distillateur solaire avec un système de reminéralisation de l'eau.

Design et fonctionnement de votre low tech

Quel design ? Pourquoi ?

Nous avons créé un cône qui s'adapte bien à la forme circulaire de la cuve et permet à l'eau de ruisseler jusqu'à la gouttière.

Comment fonctionne votre low tech par quels mécanismes ?

Les rayonnements solaires chauffent l'eau qui s'évapore et condense puis ruisselle dans la gouttière et arrive dans le seau pour être reminéralisée.

Pour quelle utilisation ?

Pour avoir de l'eau potable pour une famille.

Fabrication (partie technique à publier sur le low tech lab, inspirez vous des tutoriels sur http://lab.lowtechlab.org/index.php?title=Utilisateur:Nomade_des_Mers)

Quels processus ou techniques de fabrication doit on utiliser pour fabriquer votre low-tech ?

On envisage que les habitants fassent beaucoup de récupération. L'installation peut être montée à la main et la découpe de la gouttière et de la structure nécessite la CNC et le lasercut d'un fablab.

Quels matériaux ?Quel cout ?

Panneaux en bois 38,16€

Tuyaux 1,90€

Caoutchouc 4,23€

Bâche 4,75€

Seaux 5,87€

TOTAL 54,91€

Temps de fabrication ?

4h pour paramétrer la CNC

2h découpe CNC

15min découpe/soudure bâche

1h pour la fixation, mettre les seaux en place

---> environ 1 journée

Entretien ?

1 fois par mois il faut rincer le flotteur, la bâche et la gouttière

Comment utilise-t-on votre système ?

Le système fonctionne tout seul (Soleil), il faut juste amener de l'eau (1fois/sem) mais c'est déjà prévu.

Test et validation:

Etablir une liste de critères sur lesquels le bon fonctionnement de votre low-tech doit être évaluée ?

Distillation -> évaporation et condensation

Ruissellement

Gouttière vers les seaux

Reminéralisation

Rendement

Évaluez votre low tech ? Qu’est-ce qui marche et qu’est-ce qui ne marche pas ?

Ca ne fonctionne pas tout le temps car le système dépend de la météo. Aussi, on ne peut pas tester dans les vraies conditions en étant ici mais on a fait un test sur le radiateur pour simuler la chaleur et ça a fonctionné mais c'était lent.

Démontrer ce qui marche ?

Avec notre test nous avons vu que dans un premier temps l'eau condense sur la paroi intérieure puis des petites gouttelettes se forment et s'assemblent pour former de plus grosses gouttes et lorsqu'elles sont assez lourdes elles coulent jusqu'à la gouttière. 

Qu’est ce qui pourrait être amélioré ?

Ajout d'un four solaire, peindre les parois de la cuve en noir, avoir une bâche la plus transparente possible.

Quelles sont les perspectives d’utilisations et d’amélioration ?

Utilisation mondiale, si il y a des cuves et un climat favorable alors le système peut se développer. Pour améliorer notre projet nous avons pensé à créer un moule pour la gouttière pour la répéter facilement.

Comment votre projet pourrait desservir le contexte et la problématique identifiée ?

Si les habitants ne font pas l'entretien ils n'auront pas d'eau potable.