Tuto : Cerf-Volant Circoflex GB "Cloud-catcher"

 Tutoriel pour la création d'un Cerf-Volant Circoflex GB à finalité d’accueillir un filet à brouillard.

F.A.Q.

1. Qu'est-ce que c'est ? Le modèle Circoflex GB est un type de cerf-volant circulaire prenant la forme d'un tube souple. Pour plus de détails voir l'article A9 - Cloud-Catcher.

2. A quoi ça sers ? Ce type de cerf-volant est facile à réaliser et sa forme permet d'installer facilement un filet à brouillard à l'intérieur de l'objet sans gêner la portance du cerf-volant.

3. Combien de temps ? Il faut compter 3 heures en tout pour l'assemblage, plus si vous n'avez jamais utilisé une machine à coudre. Il y a de bons tutoriaux pour les machines à coudre sur le web si vous avez du mal avec.

4. Combien ça coûte ?  Voici la liste des éléments à prévoir, facilement trouvable en récupération ou achetables dans les commerces courants (les prix sont ceux trouvables en Belgique, à Bruxelles et peuvent varier d'un commerce à un autre, il s'agit d'une moyenne arrondie) :

Magasins de bricolage :
2x Tubes en plastique de 1,25m : 4€ pour les deux tubes
1x Bande de Velcro adhésif de 1m : 2,5€ pour un rouleau de 2m
1x Bobine de fil de nylon : 4€
1x Bobine de ficelle hydrophobe (coton) : 5€ pour une bobine de 50m
3x Fillet en PVC : Utilisé sur sacs de bois à brûler pour 2,5€. Un seul est suffisant.

Magasins de couture :
3x Bande à ourlets de 1,25m : 3€ pour 6m de bande
15x Crochets : 2€ pour une boite de 30 crochets pour rideaux en plastique
1x Bâche/Tissu étanche : 14€ pour 100x140cm
1x Fil à coudre : 1€ la bobine

Donc prévoir environ 40€ de budget, moins en cas de recyclage.


5. Outils à prévoir ? Du matériel de couture (fil à coudre, machine à coudre) et de quoi découper (cutter, ciseaux, etc).

6. J'ai besoin d'aide ? Il est possible de le faire seul, mais à deux ce sera plus rapide pour les coutures, mais pas plus.

7. Comment je fais ça ? Procédons par étapes :

CONSTRUCTION : 

1. Découper

La première étape consiste à ajuster la bâche/tissu aux gabarits de votre choix, ici nous avons pris la base des Circoflex GB classiques, soit 1,25m x 1m, si le tissu est plus grand il faut le découper aux bonnes dimensions (attention à bien garder des angles droits, c'est important pour la stabilité du cerf-volant).

2. Plier

Deuxième étape, plier le tissu aux quatre coins. Cette technique ancestrale de couture renforce le tissu afin qu'il ne s’effiloche pas et pour qu'il soit plus résistant, et donc plus facile à entretenir. Cella servira également à accueillir la structure interne du cerf volant afin de le rigidifier.

Il faut entamer le côté de 1m d'abord (structure latérale) puis le côté de 1,25m (diagonale, afin de pouvoir insérer le tube en plastique à l'intérieur de la bordure par la suite), éviter de faire l'inverse ou vous aurez du mal pour l'étape suivante.

Le pli s'effectue à environ 1,5 à 2 cm aux bordures. Pour faciliter la couture on attache par des épingles, temporairement, le pli du tissu afin de le maintenir avant de le passer dans la machine à coudre.

3. Coudre

A présent on passe à la machine à coudre le tissu, rien de bien sorcier dans cette étape si vous avez réussi à faire fonctionner votre machine ou si vous saviez déjà comment l'utiliser.

Par la même occasion, cousez les trois bandes à ourlet à intervalles réguliers le long du tissu (1,25m), ces bandes serviront à accueillir les filets à brouillard à l'intérieur du cerf volant. L’intérêt est de pouvoir y avoir facilement accès, de pouvoir les détacher et entretenir le système sans devoir tout démonter définitivement.

Sur la bande de 1m (la latérale donc) collez le velcro adhésif, un côté intérieur et l'autre extérieur, il n'est pas nécessaire de le coudre par dessus, l'adhésif est suffisamment fort pour maintenir le velcro pendant très longtemps

4. Insérer

La couture faite, insérez les tubes en plastique dans les plis le long du tissu (sur la longueur de 1,25cm). Ils devraient pouvoir se toucher de part en d'autre afin de pouvoir s’emboîter par la suite et fermer la structure.

5. Assembler

Vous pouvez à présent assembler l'ensemble de la structure du cerf-volant, velcro sur velcro et tube sur tube, l'ensemble devrait pouvoir se fermer et ouvrir à volonté. 

A l'aide de crochets, installez les trois filets à brouillard à l'intérieur du cerf-volant, étage par étage. il est inutile de les placer sous tension mais ils ne doivent pas être trop relâches non plus, il faut un juste milieu mi-souple.

Attacher la ficelle sur 5 points d'accroche symétriques en tête du cerf volant, il est important qu'ils soient à équidistance afin de pouvoir maintenir le cerf-volant stable dans les airs, auquel cas il risque de tanguer et piquer selon l'action de vents concurrents.

6. Utiliser

Voici l'objet assemblé, vous pouvez des à présent l'utiliser. (A éviter en temps d'orages)

A9 - Le Cerf-Volant "Cloud-catcher"

A9 - Le Cerf-Volant "Cloud-catcher"

Oliveira Rodrigues Rodrigo
Rigal Jean-Baptiste

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

« Cloud-Catcher », un cerf-volant pour récolter de l’eau

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. La recherche, les pistes de réflexion :

   Dans notre phase de recherche sur la problématique de l’eau, nous avons abordé divers sujets, allant du domaine du  biomimétisme à l’exploitation de phénomènes physiques simples. 

L’exploration d’un objet existant déjà exploité dans certaines régions du monde est également intervenue à plusieurs reprises, il s’agit du filet à brouillard auquel nous avons pu expérimenter à notre manière in situ lors du workshop de Chevetogne (tutoriel vidéo). (Plus de détails également sur le journal de bord Chevetogne (Lire jour 4 et 5).

   Toutes ces recherches ont permis de nous orienter vers une approche plus systémique de la question de l’eau. Le filet à brouillard nous séduisait déjà et s’orientait dans la continuité de notre recherche, nous avons imaginé tout au long de notre processus créatif comment apporter un « extra » à ce support, qui est déjà ce qui se fait de plus low-tech au monde, dans la récupération d’eau potable par l’exploitation d’un phénomène physique naturel plutôt efficace.

Les observations des projets récents ainsi que les analyses scientifiques concernant les filets à nuages tendent à démontrer que le système évolue d’une base low-tech pour se se tourne de plus en plus vers du high-tch par l’utilisation de maillages aux géométries de plus en plus complexes, couteuses et demandant l’appui d’outils peu accessibles pour être mis en place. Entre autres, l’évolution de ces systèmes complexifie les filets et augmentent leur cout de production pour un rendement supérieur.

Dans tous les cas, le rendement du « nouvel objet » est compétitif mais l’aspect low-tech de l’objet tends à se perdre. Nous n’avons pas recherché une technique quelconque pour changer la donne, il s’agit d’une évolution logique des filets à brouillard, leur compétition est une bonne chose pour aboutir à des systèmes de plus en plus efficaces déployables à larges échelles. Développer et mettre en place des maillages avancées demande un grand savoir-faire scientifique et de l’équipement de pointe, nous pensons que ce n’est pas notre domaine d’application et encore moins le but de recherche de développer de nouveaux maillages. C’est pourquoi nous avons orienté notre piste de réflexion vers une révision de l’utilisation de la base de cet objet, notre recherche se base sur l’architecture même de l’objet (un filet à brouillard) et réfléchir à comment se le réapproprier pour une exploitation différente en termes de contexte, d’échelle et d’utilisation humaine.

Cette recherche part donc de la structure même du filet à nuage. L’idée première était d’exploiter le principal facteur déterminant de l’efficacité d’un filet à brouillard afin de le décortiquer et rechercher comment réfléchir autrement à son exploitation. Ce facteur n’est nul autre que le vent.

2. L’étude des vents, vers un concept :

L’étude des vents nous oriente sur les mécaniques physiques derrière ce phénomène naturel, comment les comprendre et comment l’exploiter. Les champs d’application des forces éoliennes sont nombreux et de plus en plus en vogue dans la communauté scientifique qui recherche à maitriser cette force à des fins énergétiques.

De cette étude nous apprenons essentiellement qu’il est possible d’exploiter les nuages de la même manière que le brouillard, si l’humidité relative baisse au fil des hauteurs, de l’eau se retrouve tout de même en suspension sous forme liquide dans les nuages jusqu’à retomber sous forme de pluie suite à un phénomène bien connu de tous. Donc même en absence de nuages il est possible de trouver des fines gouttelettes d’eau en suspension et de les attraper avec un filet à brouillard. La force du vent étant supérieure en élévation on devrait pouvoir obtenir un débit intéressant pour une utilisation humaine. (Voir l'article sur l'étude des vents et projet aérien pour plus de détails).

Dans un premier temps nous avons voulu tester s’il était possible de canaliser ce vent, d’augmenter son débit et de l’utiliser pour capter de l’eau. L’expérience en atelier tend à démontrer qu’il est possible de le faire et nous pousse d’avantage sur cette piste de réflexion (Voir l’expérience dans l’article sur l'aspirateur à brouillard).

L’idée est donc d’exploiter ce filet à brouillard en hauteur, directement auprès des nuages afin de récolter de l’eau en suspension par la force du vent. Un objet déjà connu et utilisé couramment corresponds parfaitement au curriculum que nous recherchons pour ce projet : Le cerf-volant.
 (Voir l'article sur l'étude des vents et projet aérien pour plus de détails).

3. Le Cerf-Volant, un « cloud-catcher »

Le cerf-volant est un objet plutôt ancien, né probablement en chine il y a 3000 ans et au fil du temps eu de nombreuses utilisations (religieuse, militaire, scientifique ou récréative). Les matériaux ont toujours été très simples à récupérer et à assembler, il s’agit généralement de papier et de fins bambous, pour les plus riches de la soie même.

Les cerfs-volants peuvent être assemblés « en batteries » et sont capables de monter à de très hautes altitudes (1km de hauteur) et sont capables même de porter un humain dans les airs avec certains gabarits. L’objet est donc solide, peut aller suffisamment haut pour approcher les nuages et peut être stable par l’unique action continue du vent en hauteur.

La forme la plus classique est celle connue de tous en losange, mais il existe un millier de morphologies différentes, qui font l’œuvre de véritables compétitions créatives dans le monde proposant des cerfs-volants aux formes des plus improbables qui soient s’élevant dans les airs.

Kite flying day

Le cerf-volant que nous recherchons doit être suffisamment robuste et stable pour s’élever en haute altitude, avec des moyens économiques, utilisable par un humaine moyen et pouvoir se stabiliser en altitude de manière continue. Le cerf-volant doit pouvoir embarquer dans sa structure des filets à brouillard ainsi que des drains pour pouvoir récolter l’eau en altitude.

Dans ces critères prédéterminés, deux modèles ont attiré notre attention : 

Le modèle dit Calomil (en hexagone rectangulaire) et le Circoflex (en cylindre).

Le calomil est capable de porter de très grandes charges, c’est une variante de ce modèle qui, en batterie, éleva un humain dans les airs. Ce modèle à une grande polyvalence d’échelle (scalability) et peut porter dans sa structure des filets à brouillard aisément sans qu’ils freinent l’action du vent. Il s’agit du prototype présenté lors du pré-jury (Je vous renvois vers l'article sur l'étude des vents et projet aérien pour plus de détails sur ce modèle).

Le circoflex est le modèle qui nous sied le plus en fin de recherche et corresponds à nos critères et constations précédentes : En forme de tube, canalise les vents, robuste, peut s’élever en haute altitude, facile à construire et transportable. Même s’il s’agit d’un critère subjectif, nous avons estimé ce modèle également comme plus élégant, sobre et efficace en matière de design, nous avons donc produit un prototype qui suis cet ordre d’idée.

Le prototype est donc conçu à plat, des coutures sont faites aux extrémités afin de solidifier la bordure en y insérant des tubes en plastique qui vont s’encastrer entre eux, formant la boucle et des coutures sur la longueur afin d’étanchéifier l'intérieur de la structure et pouvoir le fermer et ouvrir si besoin afin de l’entretenir. Ce facilite également son transport est sa capacité à s’aplatir ou à s’enrouler.

Le système se suffit à lui-même structurellement, la couture en long va maintenir l’objet dans une orientation unique (ne tourne pas sur lui-même) et sa forme va le maintenir de manière inclinée dans les airs (donc favorisant l’écoulement de l’eau). Les matériaux sont issus de récupération, il s’agit d’une bâche étanche à l’air, utilisé dans les tentes de camping, ainsi que de tuyaux en plastique et de ficèles.

Ce premier prototype circoflex construit sert à deux fins : Vérifier l’assemblage de l’objet (temps, prix, difficulté) et vérifier sa capacité à s’élever en l’air. Il nous apprend qu’il est possible de fabriquer facilement un objet de taille modeste à petit prix (2 heures au total, pour moins de 10 € de matériaux). Il nous apprend également qu’il est important de prévoir une tirette pour l’ouverture/fermeture latérale afin de facilite l’accès et entretien des filets à brouillard à l’intérieur du « tube ». Dernier détail et non des moindres, il est construit à petite échelle, soit 40cm de haut pour 15 de diamètre, le prochain prototype se doit d’être d’un cran supérieur maintenant que nous avons définis comment construire un objet efficace pour accueillir les filets à brouillard à l’intérieur.

Le deuxième prototype est dédié à l’utilisation des filets à brouillard et à la mise en situation. Il sera d’une échelle plus importante et d’une finition plus développée. Il sera présenté comme le produit final, conclusion de nos expérimentations et vous sera montré en détails lors du jury du 12 janvier 2018 (le blog se mettra à jour à ce moment-là). A suivre...

Etude des vents et "projet aérien"

Etude des vents

Durant nos recherches, un élément clé nous est parvenu pour rechercher une optimisation possible des systèmes de captation de brouillard/nuages, il s'agit de la gestion du vent, dont sont dépendants les systèmes actuels de filets à nuages.

Une étude plus approfondie nous permet de comprendre et exploiter ces mécanismes afin d’améliorer des systèmes existants, ou au contraire en concevoir des nouveaux. Techniquement, l’intérêt d’exploiter le vent révèle de la capacité accrue à obtenir un débit d’air (m³/h) plus important et ce de manière continue. Plusieurs pistes de réflexion s'ouvrent dans ce domaine pour l'exploitation des systèmes actuels, par exemple sur la possibilité d'orienter automatiquement un filet à nuage afin qu'il fasse face au vent en permanence, etc. 

Sur ces idées et ébauches, nous portons notre regard sur les outils mis à notre disposition en opensource afin de comprendre les phénomènes liés aux vents et à la formations de nuages. Des outils de recherche et analyse gratuits sont nombreux afin d’observer et comprendre la physique derrière ces phénomènes. Ici nous utilisons  « Earth », une carte interactive des vents en temps réel sur terre (http://earth.nullschool.net/) ainsi que « Cloud atlas » qui répertorie et explique tous les types de nuages, leur formation et fonctionnement (http://cloudatlas.wmo.int).

Ces outil nous ont mis sur la piste des vents en hauteur pour diverses raisons.
D'après les études sur les éoliennes et sur le vent, celui-ci est freiné par le relief et structures (naturelles ou non) au sol, tandis qu’en hauteur il s’accélère en absence d’obstacles. De ce fait, si nous recherchons à améliorer le débit d'air qui traverse un filet à nuage, nous avons tout intérêt à monter plus en hauteur et rechercher des vents plus forts. C’est pour cella que les éoliennes sont construites sur des grandes hauteurs.

A partir de ces données, nous avons eu l'idée de concevoir un objet porté par le vent, sur la recherche sur les nuages pouvant nous intéresser, car gorgées d'eau en suspension, nous avons recherche à monter entre 0 et 2km d'altitude, un objet bien connu de tous peut entrer dans ce créneau aérien : Le cerf volant (record du monde amateur de 1km d'altitude!).

batterie de cerf-volants capable d'emporter un être humain dans les airs

Ce cerf volant emporterais avec lui, dans les cieux, des filets à nuage intégrés qui, au passage du vent porteur dans la structure du cerf volant, se gorgerais d'eau petit à petit par les vents qui le traversent. A la manière d'un filet à nuage, mais hors sol, plus facile à transporter et à moindre coût et utilisable dans les contrées plus rapprochées du niveau de la mer.


Les enjeux posés par ce cerf volant sont donc de pouvoir capter de l'eau en hauteur grâce à l'action des vents, d'offrir une alternative low-tech à des systèmes terrestres ou aériens coûteux et de pouvoir s'utiliser dans des lieux à moins haute altitude.

Les problèmes lié à ce type de projet sont intrinsèquement ceux de l'aérodynamisme. Comment faire pour que le cerf volant puisse voler convenable et de manière stable et continue sur des longues durées ? Comment sécuriser ce système des aléas du temps ? Quel section/dimension doit-il offrir afin d'avoir un rendement viable par rapport à son coût et au temps de préparation/construction ? Toutes ces questions ne peuvent être répondues rapidement et il faut un certain recul et des expériences poussés pour le faire, c'est pourquoi elles ne seront pas répondues dans cet article mais ultérieurement dans une autre publication.

Pour notre prototype, nous avons entamé la construction d’un cerf volant de type CALOMIL.
Ce type, en hexagone, permet une portance plus élevée et peut être construit à une plus grande échelle afin d’accueillir et porter des filets à nuage dans sa structure, la ou le vent passe et crée de la portance au cerf volant et en théorie devrait pouvoir capter l'eau en suspension dans l'air, transportée par le même vent qui mettra en action le cerf volant.

. 

La construction du prototype se fait par les matériaux les plus simples à notre disposition : Des bouts de bambou pour la structure, de la ficelle pour rigidifier et contre-venter la structure et une vieille tente de camping bon marché pouvant être sacrifié pour la cause afin de créer la bâche.

Le prototype révèle de nombreux problèmes d'ordre structurel. En effet la bâche doit être tendue un maximum afin de pouvoir générer de la portance au cerf-volant, au cas contraire elle servirait uniquement de pare chute et ne permettrait pas au cerf-volant de se stabiliser en l'air. Lorsque celle-ci s'est tendue, la structure en bambou et ficelle n'a pas supporté l'effort et s'est disloquée sur elle même, les efforts de tension/détention du tissu sur le bambou ont finit par faire céder le tout et le rendre beaucoup trop fragile, voir dangereux pour un essai en vol. 

Il est important de savoir d'ou viens cet échec de construction, les matériaux doivent être rigides mais être capables d'une déformation minimale, ils doivent également être les plus léger possible. La bâche, doit être étanche à l'air, auquel cas le vent traverse le tissu et rends la portance nulle. Dans la suite de la conception de ce prototype tous ces éléments doivent être tenus en compte car ils sont importants pour le bon fonctionnement de l'objet avant de faire des essais avec la captation de l'air en altitude.

Les formes et capacités de cerf-volants sont très nombreuses, une en particulier attire notre attention pour la suite des opérations aériennes : Le cylindre. Sa capacité forme et capacité sont proches de ce que pourrait correspondre notre objectif et sa conception moins dramatique qu'une géométrie complexe du précédent modèle. Sa forme permettrait également un entretien plus facile et un système de drainage moins complexe pour capter de l'eau, tout cela est à tester au prochain prototype. 

Aspirateur à brouillard

Aspirateur à Brouillard

Dans notre recherche des filets à nuages, un élément nous intéresse en particulier afin de chercher à améliorer le système de captage, ou tout du moins à le penser différemment avec une toute autre approche systémique.

Nous avons porté notre attention sur la gestion des vents. Cette gestion des vents est importante car d’elle dépends le rendement des filets à nuages afin de capter le brouillard. Si le vent change d’orientation le filet perds en rendement car les mailles ne captent plus l’eau en suspension de manière aussi efficace que face au vent.

Le concept qui nous est venu en tête est de chercher à capter ce brouillard de manière directe plutôt que d’attendre que celui-ci traverse naturellement le filet. Ainsi, mécaniquement le système pourrait capter, ou « aspirer » le brouillard de manière continue.

Ce premier prototype emprunte la forme d’un système à double peau construit à partir de tuyaux en PVC. La peau intérieure sert au captage de l’eau, le tuyau est sectionné tous les 20cm et des filets à nuage sont incrustés dans ces sections. Sur une des extrémités du tube, un ventilateur 12v (capable d’un débit théorique de 60m³/h) est installé et étanchéifié sur les bords afin qu’il n’y ait pas fuite d’air. Seul le tube intérieur reçoit l’air du ventilateur. Le tube extérieur ses donc à couverture et à terme pourrait servir de réservoir ou bien de drain pour l'eau recuperé par la condensation des parois.

A supposer que la température de la pièce soit de 25°c et l’humidité relative dans l’air de 80%, on devrait pouvoir récupérer 23,04g de vapeur d’eau par m³ d’air aspiré. La capacité du ventilateur étant de 60m³ d’air par heure, quelques 1382,4g d’air devrait être aspiré, à 80% d’humidité on devrait pouvoir récupérer 1105,92g de vapeur d’eau, soit près de 1L en une heure avec un rendement théorique maximal de 100%.

(Tableur d’humidité : www.airenergie.fr/pdf/pdf-1-donnees-482.pdf)

Expériences

Pour l’expérience, nous n’avons pas cherché à simuler ces conditions en premier lieu. Notre première expérience recherchait avant tout à vérifier si le système était capable d’aspirer mécaniquement le brouillard de manière continue et vérifier qu’il est capable de récolter de l’eau grâce aux filets intermittents.

Pour ce faire, nous avons utilisé une bouilloire à eau, bloqué son mécanisme pour que l’eau soit en ébullition et forme de la vapeur d’eau en continu. Nous l’avons ensuite placé à plusieurs distances et hauteur du mécanisme jusqu’à ce qu’il parvienne à capter cette vapeur.

Dans ces essais, le système parvenait à aspirer la vapeur d’eau lorsque celle-ci se trouvait au moins à 30cm du ventilateur et à 10cm d’écart de hauteur. Une bonne partie de la vapeur d’eau était captée et éjectée de l’autre côté du tube.

En démontant le système après quelques minutes (la bouilloire arrivant à ses limites et surchauffant nous avons interrompu l’expérience pour ne pas l’abimer), les parois du tube intérieur ainsi que les filets à nuage étaient humides, quelques gouttelettes s’étaient formées sur le tube intérieur mais pas suffisamment pour s’écouler et tomber dans le récipient en extrémité du tube.

Suite des recherches

Cette expérience étant relativement concluante, nous avons imaginé qu’il serait possible de l’améliorer et obtenir un rendement intéressant grâce a une section plus grande et une quantité de filets plus importante. Une section plus grande impose un débit d’air aspiré plus important et cella nous menait souvent sur des pistes plus high-techs pour obtenir un flux d’air plus important et efficace, ce qui demande un apport en Energie supplémentaire, ce qui impose également un cout d’entretien supplémentaire.

Il faudrait savoir si le rapport Energie/eau récupéré est intéressant ou trop restrictif pour en faire une alternative aux filets à brouillard classiques qui défient toute concurrence en termes de low-tech et de cout de fabrication/entretien.

Nos dessins et schémas imaginent un système à éoliennes ou en hélices alimentées par le vent et faisant fonctionner le ventilateur qui actionnera tout le système mécanique d’aspiration.

Cette expérience et recherche nous a par la suite mis sur la piste de l’aérodynamique et l’exploitation du vent pour améliorer le filet à nuage, nous suivrons cette piste pour amorcer la prochaine expérience et construire le prochain prototype qui ne sera pas forcement dans la typologie de ce dernier essai.

.