Eau douce potable par condensation de la vapeur d eau atmosphérique Marc Muselli Université de Corse

(1)

Document de travail

Eau douce potable par condensation de la vapeur d’eau atmosphérique

Marc Muselli

Université de Corse

(2)

Eau douce potable par condensation Eau douce potable par condensation

de la vapeur d

de la vapeur d ’ ’ eau atmosph eau atmosph é é rique rique

Université éco-citoyenne Marc MUSELLI - 19/07/2007

(3)

Introduction

Problématique Matériaux Condenseurs Expérimentations Conclusion

Constat en 2007

Plus de 1 milliard d’individus sans accès à l’eau potable Quelles sont les ressources principales en eau douce ?

12.900 km³ d’eau douce atmosphérique :

- 98% d’eau vapeur, 2% d’eau condensée (nuages) - disponible en tout point du globe

Objectif : Pouvoir - et savoir - retirer cette eau sous forme liquide

Glaciers 68,57%

Eaux souterraines 30,00%

Rivières, lacs 0,29%

Pluie, neige 0,04%

Atmosphère 0,04%

Autres (marécages, etc…) 1,07%

(4)

Introduction Problématique

Matériaux Condenseurs Expérimentations Conclusion

Développer des systèmes énergétiques

capable de condenser la vapeur d’eau atmosphérique comme source alternative en eau potable

Comment l’eau se condense sur une surface ?

Ts : température du substrat Tr : température de rosée Théorie :

Refroidissement condenseurs

=> 3 à 8°C / T_amb

Équilibre radiatif avec le ciel si T_s ≤ T_r => transition Vap/Liq Bilan énergétique < 0 pour λ ∈ [3-50 μm] (IR thermique)

(5)

Introduction Problématique Matériaux

Condenseurs Expérimentations Conclusion

0 20 40 60 80 100

Foil OPUR PolyCarb. traitéUV Paint K.

Paint Polyvinyl

Objectifs :

Développer des matériaux bon marché (polymères)

+ minéraux : haute émissivité IR qd λ ∈ [7-14 μm]

Développer des matériaux sélectifs en longueurs d’onde : corps « noir » : IR

corps « blanc » : visible Résultats :

Développer des formules «plastiques », « liquide » Æ peinture Diversification de la palette d’utilisation (fibro, tôle, tuiles) Développer des matériaux hydrophiles Æ gravité

Æ Brevet déposé UDC/CNRS/CEA

(6)

Introduction Problématique Matériaux

Condenseurs Expérimentations Conclusion

Cycle diurne Cycle nocturne

Climatisation Passive

(blanc)

Condensation de vapeur d’eau (blanc/incolore)

M.Demande d’Énergie Certification HQE

- 4 à -5 °C / T

_ext

= 40°C

Apport en eau potable Certification HQE Rend. max : 0,8 L/m²

SYSTEME ENERGETIQUE PASSIF

(7)

Introduction Problématique Matériaux

Condenseurs

Expérimentations Conclusion

1

^ère

étape : Étude de potentiel

Définition d’un protocole expérimental pour la détermination du potentiel en vapeur d’eau

Balance électronique : m (± 0,1 g) Substrat : PMMA 5 mm / PtFe 1 mm Isolation : polystyrène 5 mm

Mesures : Ta, Td (± 0,1°C), IR RH (± 0%), V, DirV

(8)

Condenseurs

2

^ème

étape : Prototypes de condenseurs radiatifs - Maquette (0,3*1 m² ; échelle 1/10

^ème

)

_substrat

isolant structure

θ

- Mini-condenseurs 1 m²

P1 (2001) – 30.97 m² (aérien) P2 (2002) – 29.83 m² (dune)

10 L/jr

- Prototypes

(9)

Condenseurs

3

^ème

étape : Transition pilote/système réel

Désavantages :

Description des condenseurs complexes

Variabilité importante des expérimentations en extérieur Changement d’échelle (maquette Æ système réel)

Avantages :

Modélisation aisée du bilan radiatif

Simulations 2D, 3D des transferts thermiques entre les composants du système (polymère, isolant, structure) Simulations numériques des condenseurs (PHOENICS 3.5)

Subvention ANVAR

(10)

Introduction Problématique Matériaux Condenseurs

Expérimentations Conclusion

Études

Installation condenseurs (toits, cône) Projet industriel

http://www.opur.u-bordeaux.fr

(11)

Biševo Introduction

Problématique Matériaux Condenseurs

Biševo (Croatie)

0 500 1000 1500 2000

Mar/30 May/27 Jul/23 Sep/19 Nov/16 Jan/13 Mar/12

_

Cumul (L)

RAIN

DEW

Acquisition des données T_s, T_a, RH, T_d, V, Pluvio.

Envoi par modem GSM pour contrôle en temps réel Avril 2005 (manip. en cours)

Biševo, 4 km², 10 habitants Bilan consommation

population isolée

Rapport : pluie /eau condensée

Ratio DEW/RAIN Avril – Sept 05 : 33%

Avril 05 – Janv 06 : 18%

(12)

Zadar, Komiza (Croatie)

Potentiel de vapeur d’eau Condenseur 1 m²

2 ans de mesures journ.

Optimisation de l’emplacement des systèmes par rapport aux conditions météorologiques

0 2 4 6 8 10 12 14

JUL 03 OCT 03 JAN 04 APR 04 JUL 04 OCT 04 JAN 05 APR 05 JUL 05 OCT 05

Dew / Rain ratio (%)

KOMIZA

0 20 40 60 80 100 120 140

JUL 03 OCT 03 JAN 04 APR 04 JUL 04 OCT 04 JAN 05 APR 05 JUL 05 OCT 05

Dew / Rain ratio (%)

ZADAR

(13)

Corse (France)

Production moy quotidienne : 1 L/jr Production attendue (max) : 3,7 L/jr

Quantité suffisante pour 2 adultes

Mai 2005 (manip. en cours) UDC Vignola (Ajaccio)

Comparaison Structure plan/cône Simulations numériques

Pilote conique 7.2 m² φ 3 m, 30° / horizontal Forme limitant les apports de chaleur (convection libre) Rendement surfacique moyen

+ 40% / structures planes

5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

SIMULATION Température de surface / angle d'inclinaison / vitesse du vent

<Ts>cone_25

<Ts>cone_30

<Ts>cone_40

<Ts>cone_50

Vent à 10m (m/s)

(14)

Kothara, Kutch (Inde)

École de Saraya (Kothara) :

360 m² de condenseur / 3 bâtiments Æ Max : ~ 63 L/jour

Projet industriel :

15 000 m² de condenseur Mine asséchée (Kutch)

Premiers résultats (qq mois) :

Æ η : 0,006-0,294 mm/m²/jour Æ 0,07 – 3,53 m³/jour (estimé)

Æ 5 m³/jour (attendu)

(15)

Chimie de l’eau condensée

- 2 volets : chimie et bactériologie (système ouvert) VEOLIA Environnement

50 composés chimiques, 10 tests bactériologiques - Filtration 300 μm, faible chloration

Æ Eau potable (NF, EU, WHO)

(16)

Introduction Problématique Matériaux Condenseurs Expérimentations Conclusion

Collaborations : CEA/ESEME

Institut de Météorologie Zagreb (Croatie)

The Arid Ecosystems Research Center (Israël) Univ. Polynésie Française

Indian Institute of Management (Inde) Wageningen University (Pays-Bas) VEOLIA Environnement

Élaboration de nouveaux matériaux de condensation

Étude de nouvelles architectures (plan, cône)

Transition

Prototype/Système réel

Système simple, bas coût Substrat : Plastique, Peinture

Æ toit : tôle, fibrocim., tuiles Vapeur d’eau (ressource)

disponible sur la Terre + 30-40% d’apport eau (site)

Æ 5 m³ produit / nuit

Vapeur d’eau : Source Alternative en Eau

sur le Globe