Maintenant que le cadre de ce projet vous a été présenté, passons à la présentation du système.

Présentation du système technique⌗

Le dessalinisateur choisi est un capteur solaire constitué d'un cadre en bois, d'une paroi vitrée exposée au soleil et d'un tissu à l'intérieur du panneau dans lequel circule de l'eau de mer à purifier. Les rayons du soleil traversent la vitre, chauffent le tissu qui monte en température et l'eau salée s'évapore. Cette vapeur d'eau s'élève pour venir se condenser sur la paroi de verre. Sous l'effet de la gravité, l'eau s'écoule le long de la paroi inclinée et est récupérée en bas du cadre. Ce système dispose des avantages suivants :

• simplicité de fabrication, des matériaux
• adaptabilité et facilité d'appropriation

Figure 1 : schéma de principe du dessalinisateur selon de système de C. Grandpierre

Cependant, il faut garder à l'esprit que ce système ne permet pas de fournir de l'eau potable, mais seulement de l'eau douce, la question de la capacité de dépollution pour certains polluants n'étant pas totalement résolue.

Choix d'un cas d'usage⌗

Lors de ce projet, une des question principale concernait le cas d'usage du dessalinisateur. Dans quel cas est-il intéressant de fabriquer et d'utiliser ce système?

Pour répondre à cela, nous nous sommes intéressés aux problèmatiques principales liées aux besoins en eau : l'accessibilité à l'eau et la consommation d'eau. Pour cela une notion clé a été introduite : le stress hydrique. Cela représente le rapport entre l'eau douce prélevée sur une année et la quantité totale de ressources en eau douce dans un territoire.

Cependant, ce paramètre ne suffit pas à lui seul car les pays plus développés ont recours aux dessalinisateurs industriels et à l'importation pour subvenir à leurs besoins. Après une étude complète de ces deux facteurs (disponible sur le livrable 2), et en considérant en priorité les populations ayant un accès direct à l'eau de mer, nous avons sélectionné le cas d'usage d'un village côtier nigérien. Un objectif serait de distribuer un dessalinisateur à chaque foyer d'un village. Avec ce modèle de développement, il semble judicieux de se placer en tant qu'ONG, qui produit et distribue directement au Nigéria. Pour cela il serait intéressant de connaître la capacité de dessalement de notre système afin d'estimer la quatité d'eau apportée à la population nigériane ciblée.

Synthèse de la modélisation théorique⌗

Après avoir émis des hypothèses simplificatrices, nous sommes parvenus à un modèle mathématique pour notre système, résumé par un schéma électrique équivalent (cf Figure 6 p.14, Livrable 3, récapitulé Figure 2 ci-dessous).

Figure 2 : Schéma électrique symbolisant les transferts de chaleur atour et au sein du dessalinisateur

Comme mentionné dans le Livrable 3, ce schéma des transferts de chaleurs de notre système a été établi par analogie électrique. Les résistances représentent les freins à la transmission de chaleur d’un noeud de température à un autre (couche d'air, paroi vitrée...). Sur le schéma, elles sont positionnées "en série" lorsque les transferts se font successivement et "en parallèle" lorsqu'ils se font à travers le même corps.

Afin de bien comprendre ce schéma et les calculs qui s'ensuivent, il est nécessaire de rappeler les méthodes de résolution d’un circuit électrique. Tout d'abord, afin de simplifier le circuit, nous avons besoin de réduire le nombre de résistances dans le circuit. Pour cela, il suffit de sommer les résistances en série (séparées par un point dont la température n'est pas indispendable à la résolution du circuit) afin d'obtenir une résistance équivalente. C'est par exemple ainsi que nous avons déterminé Rfond. Pour les résistances en parallèle, l'inverse de la résistance équivalente s'obtient comme la somme de l'inverse de chaque résistance. Par exemple, cela nous a permis d'obtenir Rint.

Une fois le circuit simplifié, la loi des noeuds s’applique au niveau d’un noeud (croisement de plusieurs flux arrivants/sortants) : la somme des flux arrivants est égale à la somme des flux partants de ce noeud. Chaque noeud de notre schéma électrique nous donne ainsi une équation que le système doit satisfaire. Afin d'obtenir un système d'équations résoluble analytiquement (cf système d'équation, partie 3.b.ii., Livrable 3), c'est-à-dire avec autant de températures inconnues que d'équations fournies par les noeuds, le schéma électrique a été amplement simplifié. Dans ce but, nous avons réalisé plusieurs hypothèses répertoriées dans la partie 3.a. du Livrable 3. Un glossaire est disponible dans les annexes afin de définir le vocabulaire technique employé.

Toutes les formules étudiées précédemment ont été reportées dans un excel (cf annexe) afin de résoudre le système d'équation et d'obtenir un débit d'eau douce en fonction des paramètres rentrés. Parmi ces paramètres, nous en avons selectionné quelques uns qui dépendent des conditions extérieures ou propres au système. Pour s'y adapter, il est nécessaire de les faire varier, selon vos conditions, en modifiant simplement la valeur associée sur l'excel.

• Flux solaire incident considéré Selon le jour considéré, l’heure à laquelle le dessalinisateur est utilisé ou encore la météo du moment (couverture nuageuse), le flux solaire à considérer pour la modélisation du système varie. Il est possible grâce à des logiciels de dimmensionnement d'installation de panneaux solaires d'obtenir des données météo sur l'irradiation du soleil selon l'heure de la journée et le jour de l'année. Cela permet donc d'obtenir une estimation de la production d'eau par heure puis par jour.

• Angle d’inclinaison du dessalinisateur

• Transmittance verre La valeur de ce coefficient joue un rôle sur la quantité de flux solaire atteignant le tissu, permettant l’échauffement du système. Elle va également impacter la quantité de rayonnement piégé à l’intérieur du dessalinisateur et donc l’élévation de température. Ce phénomène est appelé effet de serre. Il est alors nécessaire d'adapter la valeur de la transmittance au type de verre choisi.

• Coefficient de convection et radiation extérieur Un paramètre à prendre en compte lors de la modélisation est le vent. En effet, ce dernier impacte la valeur du coefficient d’échange convecto-radiatif entre le verre et l’extérieur. Ainsi, pour étudier le comportement du système dans tous les cas de figures, il serait intéressant de trouver le coefficient convecto-radiatif optimal.

• Température ambiante Selon la température ambiante fixée lors de la modélisation, le débit d'eau obtenu varie. Afin de s'adapter au lieu où l'on se trouce, il faut rentrer une température moyenne journalière ou correspondante à la période de l'année condidérée. Néanmoins, un calcul à partir de la température instantanée serait plus précis.

Maintenant qu'il est possible d'estimer la production en eau douce de notre système, il semble intéressant de revenir sur le cas d'usage fixé auparavant.

Conclusions tirées sur le cas d'usage⌗

A la lumière du travail réalisé dans le livrable 3, le cas d'usage choisi s'est avéré problématique sur certains points :

• Pourquoi s'efforcer à construire un système peu énergivore, générant peu de déchets, alors que nos modes de vie occidentaux sont complétement en décalage avec cette idée. Faut-il prioriser l'accès à l'eau en quantités suffisantes quitte à faire des compromis sur les impacts environnementaux? La démarche semble alors inadaptée pour répondre à un besoin essentiel comme celui de l'eau douce.

• les faibles rendements obtenus freinent au développement du projet. En effet, ces derniers ne permettent pas d'obtenir la quantité d'eau minimale nécessaire pour la vie d'un foyer.

• les rendements sont fortement liés aux conditions climatiques. Dans le cadre d'un usage quotidien, la fiabilité du système en est donc grandement détériorée.

Face à ces nombreux problèmes, le cas d'usage retenu n'est pas le plus adapté. Il serait préférable d'utiliser notre dessalinisateur comme un système d'appoint permettant de répondre à des crises ponctuelles. L'eau serait alors stockée et utilisée lors de courtes périodes, permettant ainsi de répondre aux problèmes de faibles rendements. En outre, on peut élargir notre cas d'usage à des utilisations collectives comme, par exemple, l'arrosage des espaces verts. Le dessalinisateur pourrait être utilisé dans des pays développés afin de faire changer les mentalités des populations qui ont tendance à surconsommer l'eau. Enfin, ce système pourrait s'avérer être le déclencheur d'un changement de paradigme sur l'utilisation de nos ressources en eau, sujet qui deviendra capital dans les années à venir.