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jeudi 11 janvier 2018

POUR FAIRE COURT


    PROCESSUS

    Notre Processus de travail a été relativement "non linéaire" tout au long de l'avancement de notre projet. Nous sommes tout d'abord partis du constat évident que l'eau potable est un élément rare et précieux, et que, à l'inverse, l'eau de mer et le soleil son deux ressources que l'on trouve en abondance, sur une grande partie de la surface de la terre.


Test 1, Distillateur à eau
  
Le distilateur
     Nous avons tout d'abord commencé par faire des recherches sur une méthode de traitement de l'eau de mer par l'utilisation de soleil comme énergie. La distillation de l'eau par chauffage solaire.
Nos tests ont tout d'abord commencé avec une bouilloire et un refroidissement naturel grâce à une plaque d’aluminium trempée dans de l'eau froide. Le résultat était positif mais il nous était difficile d’obtenir des relevés précis, au vu des fuites dans le système.









Montage du tracker solaire
 Le tracker solaire
     Nous avons en parallèle étudié différents systèmes de récupération de l’énergie solaire comme les trackers solaires permettant de suivre la course du soleil. Utiles pour augmenter le rendement des panneaux solaires. Nous en avons fabriqué un grâce à l'imprimante 3d. Mais à cause d'un soucis de butée sur les moteurs, il a tendance à se bloquer en fin de course.





Model 3d du tracker solaire
L'Heliostat
     Les Héliostats fonctionnent sur le même principe que les trackers solaires, mais au lieu de s’aligner avec le soleil, ils vont calculer sa position pour refléter, grâce à un miroir, les rayons sur un point fixe.
Centrale termique solaire - Espagne
Le moteur stirling
     De manière à rentabiliser notre projet nous nous sommes renseigné sur différentes méthodes permettant de réutiliser la chaleur et la vapeur crée pendant la distillation. Comme par exemple l'ajout d'un moteur Stirling, fonctionnant à la vapeur.
Moteur stirling miniature

La dynamo
     Nous avons aussi dessiné une dynamo fonctionnant grâce au courant d'un bateau. Fixée à son bord elle permet de produire une petite quantité de courant pour l'utilisation d'appareil Electrique en totale autonomie.  Mais nous nous éloignions du sujet.
Model 3d dynamo




Model 3d dynamo






Le Phare 
      Nous avons finalement décidé de réunir tous les éléments que nous avions récolté pour travailler sur un élément unique le Phare.
Le principe de la lentille de Fresnel présent dans le Phare est le même que pour les lentilles convergentes. il va concentrer les rayons parallèles en un point de focal. Ces lentilles fonctionnent dans les deux sens.

     Dans le cadre de notre phare, la lumière de la flamme du feu est orientée en rayons lumineux horizontaux pour prévenir les navires sur une très grandes distances.
A l'inverse, de manière à chauffer un réservoir placé au point de focal des lentilles du phare, il faut les éclairer grâce à des rayons parallèles venant directement en face de la lentille.

     C'est là que les Héliostats entrent en jeu. Ils vont pouvoir refléter les rayons du soleil de manière parallèle à l'axe de la lentille. Le phare dispose de quatre lentilles mais de manière à ne pas cacher de Lumière aux miroirs, nous en utiliseront seulement deux.

Schéma de fonctionnement

     Et afin d'améliorer le rendement, le système de chauffage peut être additionné d'un échangeur de chaleur, qui va préchauffer l'eau provenant des cuves d'eau de pluie, à l'aide de l'eau traitée sortant du réservoir.

    L'eau de pluie est récupérée sur les trois toitures des bâtiments puis acheminée dans trois des quatre cuves réhabilitées et une fois traitée est stockée dans la dernière cuve jusqu'au lendemain.
Plan de toiture

coupe















     C'est par un système de pompes que l'eau est emmener des cuves jusqu’à l’échangeur de chaleur, puis jusqu'au réservoir pour être chauffé par les rayons solaires. Une fois l'eau chauffé a 70°C durant 4 minutes, elle repasse par l’échangeur ou elle va se refroidir, puis part dans la cuve d'eau potable ou elle va être pompée par le réseau général de l’auberge pour être consommée.

Et après ?
    Avec l’avènement des Gps, de plus en plus de phares sont laissés à l'abandon car devenus obsolètes. Pourquoi laisser un tel héritage disparaître? Notre proposition est en particulier destinée aux phares isolés mais elle peu etre adapté à tous les phares existants car fonctionnant tous sur le principe de la lentille de fresnel depuis le XIXeme siecle.


 

BIBLIOGRAPHIE

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« CLIMAT AJACCIO par Météo-France - Normales et relevés sur la station de AJACCIO ». s. d.  http://www.meteofrance.com/climat/france/ajaccio/20004002/normales.

« Comment calculer la puissance d’une pompe à eau ». s. d.  https://fr.wikihow.com/calculer-la-puissance-d%27une-pompe-%C3%A0-eau.

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« Energie Solaire Solidaire et Développement Durable ». s. d.  http://e2s2d.org/fr/projets/annexe-1.html.

Garant, Patrick. s. d. « MANDRAGORE II - Les PHARES ». http://www.mandragore2.net/dico/lexique1/lexique1.php?page=phare.

Haddadi, M. 2003. « Elaboration d’une Commande pour Héliostat’ ». Revue des Energies Renouvelables, Numéro Spécial, 153–157.

« Inauguration du refuge littoral, phare de Senetosa (Corse du Sud) - Conservatoire du littoral ». s. d.  http://www.conservatoire-du-littoral.fr/actualite/224/4-l-actualite.htm.

« Irradiation solaire ». 2017. Wikipédia. https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Irradiation_solaire&oldid=142599936.

« JP SunTracker : héliostat tout simple ». s. d.  https://www.usinages.com/threads/jp-suntracker-heliostat-tout-simple.42630/print.

« La pasteurisation (France) - encyclopédie : la découverte ». s. d.  /fr/page/9734/la-pasteurisation-france-encyclop%C3%A9die-la-d%C3%A9couverte.

« Le climat Corse : 2 700 heures de soleil par an ». s. d. Vacances-Corses.com (blog).  http://www.vacances-corses.com/climat-corse/.

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« moteurs Stirling, levitation, holographie, webcams ». s. d.  http://www.photology.fr/.

ouiaremaker. s. d. « Tutoriel DIY Tracker solaire ». Tutoriel DIY Tracker solaire.  https://ouiaremakers.com/posts/tutoriel-diy-tracker-solaire.

« Page:Figuier - Les Merveilles de la science, 1867 - 1891, Tome 4.djvu/444 - Wikisource ». s. d.  https://fr.wikisource.org/wiki/Page:Figuier_-_Les_Merveilles_de_la_science,_1867_-_1891,_Tome_4.djvu/444.

« Rawlemon, la sphère solaire qui ridiculise les panneaux photovoltaïques ». 2015. Fredzone (blog). 18 décembre 2015. http://www.fredzone.org/rawlemon-la-sphere-solaire-qui-ridiculise-les-panneaux-photovoltaiques-758.

Retiel, N., F. Abdessemed, et M. Bettahar. 2008. « Etude expérimentale d’un distillateur solaire plan amélioré ». Revue des Energies Renouvelables 11 (4):635–642.

« Soleil, pluie, vent, température : le climat à Sartène en 2015 et 2016 ». s. d.  http://www.linternaute.com/voyage/climat/sartene/ville-2A272/2015-2016.

WaterFX. s. d. « WaterFX ».  http://waterfx.co/.

mercredi 10 janvier 2018

De l'eau par les phares

DE L'EAU PAR LES PHARES

Phare de Senetosa

CONTEXTE


plan de situation, phare de Senetosa, Corse


Dans le sud de la corse, se situe le phare de Senetosa. Pausé à flan de colline, il indique le cap sur la route maritime
du golfe d'Ajaccio à Bonifacio. C'est une région sèche, et très ensoleillée toute l'année.

     Le Phare, construit en 1890, a été racheté par un particulier et réhabilité en refuge pour randonneurs. L’accès y est très difficile, il n’y a pas de voie carrossable, et il est isolé des réseaux électrique et d’eau potable.

Le Refuge est ouvert d’avril à octobre et sa capacité est de 24 personnes.




PROBLÉMATIQUE
     Le nouveau propriétaire a fait un appel à 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.

   Éléments à supprimer de l’eau
        ➤ Bactéries
        ➤ Éléments venant de la surface de captation d’eau de pluie


FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME

     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 pouvoir boire l'eau de pluie stockée dans les cuves il faut tout d'abord la traiter en la chauffant, La pasteurisation. Pour ce faire, il faut la faire chauffer pendant un certain temps à une certaine température affin de détruire les bactéries. cette technique repose sur les lois de la destruction thermique des micro-organismes (4 minutes à 70°C).



Schéma de fonctionnement

     Pour répondre à cette demande, nous avons souhaité réutiliser une ancienne lentille du phare, conservée dans son musée, et en transformer l’optique en four solaire afin de traiter l’eau de pluie.

Les lentilles font converger les rayons parallèles du soleil en un point de focal qui va chauffer un réservoir d'eau jusqu’à température et durant le temps  souhaitée.
le système est accompagné de 2 héliostats fonctionnant par jeu de miroirs, pour orienter les rayons du soleil toujours face à la lentille.

     Cette solution, additionnée à un filtre à l’entrée de la citerne, permettrait de rendre l’eau de la citerne potable tout en conservant les souhaits du propriétaire.

     Et afin d'améliorer le rendement, le système de chauffage peut être additionné d'un échangeur de chaleur, qui va préchauffer l'eau provenant des cuves d'eau de pluie, à l'aide de l'eau  traitée sortant du réservoir.


Pan de toiture- phare de Senetosa




     L'eau de pluie est récupérée sur les trois toitures des bâtiments puis acheminée dans trois des quatre cuves réhabilitées et une fois traitée est stockée dans la dernière cuve jusqu'au lendemain.









Phare de Senetosa

     Une des particularité de ce phare, est qu'il dispose de deux tours jumelles encadrant le bâtiment. Une tour contenant le phare, et la deuxième contenant un "filtre" modifiant la couleur du rayon lors de l’éclairage d'un certaine zone.
c'est un des seul phare de France disposant de cet particularité. 

    L’intérêt d'un telle configuration réside dans la possibilité d’installer le système de traitement de l'eau tout en conservant le fonctionnement normal du phare.



Double utilisation du phare - Senetosa


QUELQUES CALCULS

           1/ Capter l’eau de pluie
 A l’aide des toitures du bâtiment (332m²) et des cuves présentes (4 cuves de 70m3dont 
    une est utilisée pour stocker l’eau potable)
➤Calcul de rendement
   Q =  P x S x T  où :
   P = la pluviométrie annuelle [l/m²].

Précipitations- Sartène - Corse 



   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
 Au niveau des gouttières pour supprimer les résidus (poussière, feuilles mortes…)
➤Au niveau de sortie de cuve pour éviter d'encrasser les réseaux.

           3/ L’acheminer jusqu’à l’optique du phare
   Estimation puissance pompe
   Puissance (W) = 14 x 1 x 0,0001 x 9818
   Puissance (W) = 14W par pompe


           4/ La pasteuriser
 En créant un four solaire avec les lentilles de Fresnel
➤Pour que l’eau soit pasteurisée, il faut la chauffer à 70°C pendant 4 minutes
 Calculs de rendement


Puissance du rayonnement solaire en Europe - 2011 - SolarGIS

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
Cceau : 4180 J/kg/°C
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 hsoleil/j


Ensoleillement - Sartène - Corse 

E=P * t
Soit E = 1505.52 * 9.04 * 3600
E = 48 995 642 J = 48 995.6 KJ
Quantité eau traitée par jour = Edispo / Qt = 48 995.6 / 229.9
Quantité eau traitée par jour = 213.12 L/jour

           5/ L’acheminer vers la cuve
 Qui peut contenir jusqu’à 70m3 d’eau


Coupe - Phare de Senetosa

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 et ce en totale autonomie.


A titre de comparaison,

  un panneau solaire produit en moyenne 140KWh par m²
  il coûte environ 1500€ par m²
  une bouilloire consomme en moyenne 2KW


 FABRICATION


           1/ Le phare de Senetosa
Il faut pour le traitement de l'eau, monter la lentille du phare sur la deuxième tour de l’édifice, installer deux petites pompes a moteur, et placer 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.

           2/ Les phares en général
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. 

Quels matériaux ? Quel coût ?
100m Tube polyéthylène  2.5cm                              100€
2 Pompes 14W                                                          240€
1m² Plaque de cuivre 1mm                                        20€
Raccords divers                                                         100€
Heliostats                                                                  300€
Arduino                                                                     15€
Valves                                                                        50€
Marge d’erreur                                                          20%

_____________________________________________
Total                                                                         1000
Temps de fabrication ?
Environ 2 semaines/ 2 personnes
Entretien ?
Vérifications régulières du bon fonctionnement.
nettoyage régulier de l'optique
Comment utilise-t-on votre système ?
Il est autonome, tourne en continu et alimente le réseau d'eau "alimentaire" de la maison.


QUELLES POSSIBILITÉS FUTURES ?

    Avec l’avènement des Gps, de plus en plus de phares sont laissés à l'abandon car devenus obsolètes. Pourquoi laisser un tel héritage disparaître? Notre proposition est en particulier destinée aux phares isolés mais elle peu etre adapté à tous les phares existants car fonctionnant tous sur le principe de la lentille de fresnel depuis le XIXeme siecle.



BIBLIOGRAPHIE

« 2-3 - Trajectoires solaires (V2017) | Le blog des concepts associés aux maisons passives ». s. d. https://passivact.com/Concepts/files/Bioclimatisme-TrajectoiresSolaires.html.
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