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Collège Lucie Aubrac 12 240 RIEUPEYROUX

avril 2022

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TABLE DES MATIÈRES

PRESENTATION DE L’EQUIPE

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INTRODUCTION, PROBLEMATIQUE

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RENCONTRES AVEC NOS PARTENAIRES

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MICROPOLIS, LA CITE DES INSECTES. JULIEN DELTOR, ANCIEN ELEVE, INGENIEUR. JULIEN SEBILLEAU, CHERCHEUR A L’IMFT.

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NOS DEMARCHES EXPERIMENTALES

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Y A-T-IL VRAIMENT BEAUCOUP DE BROUILLARD A RIEUPEYROUX ?

COMMENT CAPTURER LES GOUTTELETTES ? METHODE DU SCARABEE DE NAMIBIE. COMMENT CAPTURER LES GOUTTELETTES ? METHODE DU FILET.

COMMENT TESTER LEFFICACITE DES DISPOSITIFS DE CAPTURE ?

NOS PREMIERS RESULTATS.

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CONCLUSION, PERSPECTIVES

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ANNEXES

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LES ELEVES DE L’ ATELIER SCIENTIFIQUE

Salomé

BALON-CHEN

Dorian

CABRIT

Blandine

CHAVATTE

Fanny

COMBETTES

Crystale

DEFESCHE

William FOUILLET- DHERS

Thaddius

GENNIAUX

Cédric GOTTIE- ZIMMERLIN

Léandre

MARTINEZ

Manon

MEALLET

Elise

MOULY

Ivan

ZAMPAGLIONE

NOS PARTENAIRES

Julien DELTOR

Ancien élève Ingénieur

Membre des associations

« Autonomes ensemble » et

« Inventions sans frontières»

Mireille LANGEARD

Administratrice des données « Observation » et

« Image » à Météo-France

Julien SEBILLEAU

Chercheur à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse

Camille FREQUELIN

FabManageuse

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INTRODUCTION, PROBLEMATIQUE

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Les élèves du collège se plaignent souvent du brouillard présent à Rieupeyroux : le brouillard nous agace …

Comment valoriser le brouillard présent à Rieupeyroux ?

Notre but est de trouver une utilité au brouillard. Nous avons imaginé récupérer les gouttelettes d’eau pour pouvoir les stocker dans un récipient. Cette eau pourrait être utilisée lorsqu’il fait plus sec pour arroser un potager par exemple.

Pour notre projet, nous avons été aidés par Micropolis (Cité des insectes), Julien Deltor (ancien élève et ingénieur), Mireille Langeard (administratrice des données à Météo-France), Camille Frequelin (FabManageuse au FabLab Rutech de la MJC de Rodez) et Julien Sebilleau (chercheur à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse).

Après avoir rencontré Julien Deltor et Julien Sebilleau nous nous sommes répartis en quatre groupes de travail qui ont essayé de répondre aux questions suivantes :

Groupe 1 : Y a-t-il vraiment beaucoup de brouillard à Rieupeyroux ? Doit-on se fier à une impression ?

Groupes 2 et 3 : Comment capturer les gouttelettes du brouillard ? Plusieurs méthodes ont été imaginées.

Groupe 4 : Comment tester l’efficacité des dispositifs de capture ?

Nos professeurs de physique chimie, technologie, mathématiques, SVT et la pharmacie Vayssette nous ont également aidés dans notre démarche.

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RENCONTRES AVEC NOS PARTENAIRES

Jeudi 23 septembre, nous avons pu visiter Micropolis, la Cité des insectes, à Saint-Léons dans l’Aveyron.

Cette visite a été faite sur le thème du biomimétisme. Nous avons appris que les humains se sont beaucoup inspirés de la nature pour construire des objets utiles dans notre vie quotidienne.

Par exemple, les ailes des insectes sont étudiées pour trouver un moyen d’améliorer les pales d’éoliennes. Les nids de frelons et de guêpes sont des sources d’inspiration en architecture (la forme hexagonale offre une bonne résistance). L’industrie chimique synthétise de l’acide formique (comme les fourmis) pour servir d’antiparasites dans les silos à grains…

Ce que nous avons retenu de cette visite :

Le scarabée de Namibie est capable, dans le désert, de capturer les gouttelettes d’eau du brouillard grâce à des micro-bosses présentes sur ses élytres. Peut-être pouvons-nous nous en inspirer pour imaginer un dispositif de capture ?

Les élèves de l’atelier scientifique à Micropolis.

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Lundi 18 octobre, nous avons pu discuter, en visioconférence (depuis la Roumanie), avec Julien Deltor, ancien élève du collège, ingénieur, membre des associations « Autonomes ensemble » et « Inventions sans frontières ». Avec d’autres membres de ses

essayant de respecter un des objectifs

associations, il a mis au point une machine de dessalement de l’eau de mer (projet Dessalto) en

de

développement durable pour tous de l’ONU (l’objectif n°6 sur l’eau).

Les 17 objectifs de développement durable de l’ONU nous donnent la marche à suivre pour parvenir à un avenir meilleur et plus durable pour tous.

Julien Deltor nous a expliqué sa démarche et l’utilisation du « Cercle de la conception » pour arriver à la fabrication de la machine à dessaler l’eau de mer.

Visio avec Julien Deltor.

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Ce que nous avons retenu de cette rencontre :

Il faudra définir un cahier des charges pour concevoir nos dispositifs de capture. Il ne faut pas avoir peur de tester et apprendre de ses erreurs.

A chaque test, il faudra bien observer, faire des constats, prototyper à nouveau, tester, échanger, argumenter, re-tester,…

Il faut chercher à créer des liens, ne pas avoir peur de demander des conseils, « en équipe on va peut-être moins vite mais on va plus loin ».

Notre projet peut s’inscrire dans l’objectif n°6 de développement durable de l’ONU (eau propre et assainissement : une eau propre et accessible pour tous est un élément essentiel du monde dans lequel nous voulons vivre).

Machine à dessaler de l’eau de mer – projet Dessalto

La démarche de Julien Deltor nous a servi d’exemple tout au long de notre projet.

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Mardi 9 novembre, Julien Sebilleau, chercheur à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, est venu nous présenter un atelier sur la tension de surface et le mouillage.

La tension de surface permet à un trombone de flotter sur l’eau alors qu’il est plus lourd que l’eau. Elle est responsable de la forme de la surface d’un liquide dans un récipient rempli à ras bord. Elle explique la forme d’une goutte d’eau mais aussi qu’une goutte d’eau peut ne pas glisser sur un plan incliné si elle est trop petite.

Il existe une différence d’attraction entre les molécules présentes à l’intérieur d’un liquide et les molécules présentes à la surface d’un liquide. Cette différence provoque une force qui a tendance à minimiser la surface du liquide : c’est la tension de surface.

Documents projetés par Julien Sebilleau : trombone à la surface de l’eau et surface de l’eau dans un tube à essai rempli.

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Julien Sebilleau nous a aussi expliqué le phénomène de mouillage. C’est l’affinité que possède un liquide pour un solide. Une goutte d’eau va ainsi plus ou moins s’étaler en fonction du matériau de l’objet sur lequel elle est posée ou en fonction du nettoyage de cet objet. Si le matériau est hydrophile, le mouillage est grand et la goutte aura tendance à s’étaler. Si le matériau est hydrophobe, le mouillage est petit et la goutte se rapprochera d’une sphère.

Ce que nous avons retenu de cette rencontre :

Le choix des matériaux va être important pour la réussite de notre projet.

On peut comparer le caractère hydrophobe des matériaux en déposant une goutte d’eau sur leur surface et en mesurant l’angle de contact entre eux. Plus l’angle de contact est grand, plus la surface du matériau est hydrophobe.

Pour rendre une surface hydrophobe on peut déposer un produit hydrophobe (par exemple du noir de suie ou de la cire) ou réaliser un traitement de surface (un traitement chimique par des silanes contenus dans un liquide appelé Sigmacote® rend le verre hydrophobe).

Avant de construire un objet de capture compliqué, il vaut mieux essayer de construire un dispositif simple. Nous décidons donc de donner une taille commune à tous les dispositifs que nous imaginerons. Nous avons choisi de créer des objets de 10 cm par 10 cm.

Les gouttes d’eau à la sortie d’un nébuliseur sont de l’ordre de 10 µm (0,01 mm).

Documents projetés par Julien Sebilleau : goutte d’eau sur un plan incliné et sur une surface plane.

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NOS DEMARCHES EXPERIMENTALES

Y a-t-il vraiment beaucoup de brouillard à Rieupeyroux ?

Nous avons l’impression d’avoir souvent du brouillard dans notre petite ville. Faut-il se fier à cette impression ? Que disent les données ?

Nous avons contacté Mireille Langeard, qui travaille à Météo-France (elle administre les bases de données observées et d'imagerie). Elle nous a expliqué que le brouillard est un phénomène mesuré uniquement sur les plateformes aéronautiques. En Aveyron, il n'y a des données disponibles que pour Rodez et Millau. Elle nous a transmis quelques données pour la France et pour l’aéroport de Rodez (voir annexe 1). Nous supposons que, pour Rieupeyroux, les données seraient presque les mêmes que pour Rodez.

Aveyron

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Cumul des heures de brouillard en France par an.

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Observations (tirées des différents documents) :

Rodez compte entre 250 et 300 h de brouillard par an. Par comparaison, Toulouse est dans le brouillard entre 100 et 150 h par an.

Le brouillard apparait surtout de septembre à mars mais c’est en décembre et janvier qu’il est le plus fréquent. Au printemps et en été, le risque de brouillard n’est pas négligeable.

Pour Rodez, l’origine du brouillard est :

  • 62% par rayonnement (1)
  • 33% par affaissement de stratus
  • 5% par advection (2)

Conclusion :

Si on compare avec les autres départements, l’Aveyron n’est pas le département où il y a le plus de brouillard mais il est présent environ 3,4% du temps, ce qui n’est pas négligeable (c’est 2 fois plus que Toulouse).

  1. Brouillard de rayonnement : « le sol dégage la chaleur emmagasinée la journée sous forme de rayonnement. Les couches d’air situées au ras du sol se refroidissent ce qui amène la condensation d’une partie de la vapeur d’eau atmosphérique sous forme de très fines gouttelettes ». (source : document Météo France envoyé par Mireille Langeard).
  2. Brouillard d’advection : « il se forme lorsque de l’air relativement chaud et humide pénètre sur une surface froide : typiquement les brouillards côtiers ». (source : document Météo

France envoyé par Mireille Langeard).

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Comment capturer les gouttelettes du brouillard ?

Méthode du scarabée de Namibie.

Après une recherche sur Internet (sur le site kidiscience.cafe- sciences.org – l’adaptation des espèces aux climats extrêmes) nous avons trouvé que le scarabée de Namibie a des élytres (ailes) qui sont constitués d’une série de micro-rainures (distantes de 0,5 à 1,5 mm) et de micro-bosses (diamètre compris entre 0,1 et 0,5 mm).

Les gouttelettes de brouillard, apportées par le vent marin, s’accrochent aux micro-bosses hydrophiles (en rose sur le dessin), s’accumulent, puis glissent le long des micro-rainures hydrophobes (en bleu sur le dessin) jusqu’à la bouche du scarabée.

Pour essayer de reproduire le même modèle de capture que le scarabée de Namibie nous devons trouver autour de nous des matériaux hydrophiles et d’autres hydrophobes. Nous pensons ensuite prendre le plus hydrophile et le plus hydrophobe.

Quels matériaux choisir pour nos dispositifs de capture ?

Hypothèse : nous pensons que la mesure de l’angle de contact entre la surface du matériau et une goutte d’eau nous permettra de trouver les matériaux adaptés.

Julien Sebilleau nous a expliqué qu’on peut connaître un angle de contact en mesurant l’angle formé entre la surface solide et la tangente à la surface liquide au bord de la goutte.

Nous savons tracer la tangente d’un cercle mais la goutte n’a pas la forme d’un cercle. Nous avons alors demandé de l’aide à notre professeur de mathématiques. Il nous a expliqué que le contour de la goutte ressemble à une partie d’ellipse (famille des coniques) et que la mesure pouvait être faite avec le logiciel GeoGebra.

Scarabée de Namibie.

Dessin réalisé par Salomé.

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Protocole mis en place :

  • Déposer avec une pipette une goutte d’eau sur la surface du matériau.
  • Prendre en photo la goutte d’eau sur la surface.
  • Importer la photo dans le logiciel GeoGebra.
  • Tracer le contour de la goutte en utilisant une conique passant par 5 points (A, B, C, D, E).
  • Tracer la tangente (t) à cette conique au point A.
  • Tracer une demi-droite [AF) confondue à la surface de contact entre le matériau et la goutte.
  • Mesurer l’angle entre la demi-droite [AF) et la tangente (t).

Matériau

Verre

Acier

Polyéthylène

Polypropylène

ABS

Angle de contact

32,7°

50,9°

52,7°

57,9°

64,1°

Matériau

Ardoise

Faïence

Cire d’abeille

PVC

Coquillage

Angle de contact

65,1°

66,8°

70,3°

70,9°

72,1°

Matériau

PVC expansé

Cire épilatoire

Plexiglas

Aluminium

Silicone

Angle de contact

80,3°

85,3°

88,4°

89,6°

92,3°

Utilisation de GeoGebra pour mesurer l’angle de

contact.

Observations : matériaux classés par ordre croissant d’angle de contact (voir annexe 2).

Photo d’une goutte déposée sur la surface d’une bougie.

A

B

C

D

E

F

(t)

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Matériau

Cire de bougie

Cuivre

PLA

Verre traité au Simacote®

Suie

Angle de contact

94,6°

95,9°

99,5°

120,4°

167°

Montage de la mesure de l’angle de contact.

Interprétation :

Les matériaux les plus hydrophiles que nous ayons testés sont : le verre, l’acier, le polyéthylène, le polypropylène et l’ABS. Nous éliminons l’acier car il rouillerait au contact de l’eau.

Les matériaux les plus hydrophobes testés sont : la suie, le verre traité avec du Sigmacote®, le cuivre, le PLA et la cire de bougie. Nous éliminons la suie, même si elle est très hydrophobe, car elle a tendance à partir quand l’eau coule dessus.

Conclusion :

Grâce à la mesure de l’angle de contact nous avons pu trouver les matériaux nécessaires à la réalisation de nos objets de capture des gouttelettes.

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Comment construire un dispositif de capture imitant celui du scarabée de Namibie ?

Nous avons imaginé quatre dispositifs différents constitués chacun d’un matériau hydrophile et d’un matériau hydrophobe pour essayer de capturer et drainer les gouttelettes.

Dispositif ABS-cire de bougie.

Hypothèse : nous pensons que des bosses en ABS (hydrophile) captureront des gouttelettes qui seront ensuite drainées par des rainures en cire (hydrophobe).

Protocole mis en place :

Nous avons construit grâce au logiciel SolidWorks et l’imprimante 3D de la salle de technologie une plaque de 10 cm par 10 cm en ABS. Cette plaque est parsemée de pointes aplaties sur le haut (de 0,5 mm par 0,5 mm) espacées entre elles de 1 mm.

La durée d’impression d’une plaque a été de 13 h !

Nous avons également imprimé une plaque en ABS mais avec des pointes de 1 mm par 1 mm espacées de 3 mm. Sur cette plaque nous avons testé la possibilité d’insérer de la cire dans les rainures. Pour cela, nous avons fait fondre la cire d’une bougie avec un briquet pour qu’elle tombe dans les rainures. En se refroidissant elle se fige dans les rainures.

L’excès de cire a été enlevé à l’aide d’une spatule lorsque la cire était encore chaude. Le travail a été beaucoup plus difficile à réaliser avec la plaque possédant les pointes aplaties espacées de 1 mm.

0,5 mm

0,5 mm

1 mm

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Dispositif ABS-coton.

Hypothèse : nous pensons que des bosses en ABS (hydrophile) captureront des gouttelettes qui seront ensuite drainées par des fils de coton (hydrophobe).

Protocole mis en place :

Nous avons réimprimé une plaque identique à la précédente (pointes aplaties de 0,5 mm par 0,5 mm espacées de 1 mm). Dans les rainures nous avons enroulé régulièrement un fil de coton.

Dispositif ABS-coton en cours de construction.

←↓ Plaque en ABS, pointes espacées de 3 mm et cire de bougie dans les rainures.

↑ Plaque en ABS, pointes espacées de 1 mm après impression 3D.

↑ Plaque en ABS avec cire de bougie dans les rainures.

Fanny travaille sur le dispositif ABS-coton.

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Observation :

Lorsque nous disposons une goutte d’eau sur la bille, elle y reste accrochée. Lorsque plusieurs gouttes sont ajoutées à cette goutte, l’ensemble devient suffisamment lourd pour pouvoir se détacher de la bille de verre et ruisseler sur la plaque de verre traitée.

Conclusion :

Notre dispositif répond à nos attentes. Il faudrait donc arriver à le réaliser avec des billes de 0,5 mm pour reproduire le même effet à l’échelle des gouttelettes d’un brouillard. Malheureusement, nous n’avons pas trouvé de foret verre de 0,5 mm et les billes sont tellement petites que nous ne voyons pas comment les fixer sur les trous que nous creuserions.

Dispositif verre-verre 1.

Hypothèse : nous pensons que des bosses en verre (hydrophile) captureront des gouttelettes qui seront ensuite drainées par du verre traité avec des silanes (hydrophobe).

Protocole mis en place :

Lors d’un précédent atelier scientifique, l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse a donné, à notre professeur de physique chimie, des billes de verre de diamètre 6 mm et aussi de diamètre 0,5 mm. Le collège nous a acheté un flacon de Sigmacote® (silanes) pour réaliser le traitement chimique du verre.

Nous avons fait découper des plaques de verre de 10 cm par 10 cm par un magasin de bricolage. Grâce à une perceuse à colonne et à un foret spécial pour le verre, nous avons percé régulièrement une plaque de verre traitée puis nous avons inséré dans les trous et collé des billes de verre non traitées de 6 mm de diamètre.

Bille de verre diamètre 6 mm.

Plaque de verre traité.

Dispositif verre-verre 1.

Emplacement pour d’autres billes de verre.

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Dispositif verre-verre 2.

Hypothèse : nous pensons que des bosses en verre (hydrophile) captureront des gouttelettes qui seront ensuite drainées par des rainures en verre traité (hydrophobe).

Protocole mis en place :

Sur une plaque de verre de 10 cm par 10 cm, nous avons cherché à créer des rainures de 1 mm de large sur lesquelles nous ferons un traitement avec des silanes. Les parties de verre non rainurées forment un ensemble de petits carrés de 0,5 mm par 0,5 mm qui ne sera pas traité.

Nous avons utilisé le logiciel SolidWorks pour cela.

Malheureusement, nous n’avons pas le matériel nécessaire pour graver du verre en salle de technologie. Nous avons donc contacté le FabLab Rutech de la MJC de Rodez. Camille Frequelin (fabmanageuse) nous a expliqué que la fablab possède une machine à découpe laser qui peut graver le verre. Nous lui avons donc transmis un fichier au format .dxf de notre projet.

Pour réaliser notre dispositif de capture, la plaque de verre a été entièrement recouverte d’une couche de ruban adhésif. Le laser doit découper le ruban adhésif et graver le verre en dessous pour creuser les rainures. Le ruban adhésif doit rester sur les parties non creusées. L’objectif est ensuite de traiter la totalité de la plaque avec des silanes, le ruban adhésif restant permet de ne pas traiter les petits carrés de 0,5 mm par 0,5 mm.

Machine à découpe laser du fablab Rutech.

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Avant de graver la plaque de verre, Camille Frequelin a gravé un nuancier. En modifiant la puissance du laser et la vitesse de déplacement de la tête du laser cela permet d’obtenir plusieurs profondeurs de gravure. Ce nuancier nous a permis de choisir une puissance de 20% (de 110 W) et une vitesse de déplacement de 200 mm/s. Au-dessus de ces paramètres, le verre chauffe trop et casse.

Observation :

La plaque de verre obtenue après gravure correspond à ce que nous avons demandé. Malheureusement, le laser a fait fondre la colle du ruban adhésif et cette colle est restée sur les rainures. Il est très difficile d’enlever cette colle sans enlever le ruban adhésif sur les petits carrés.

Nuancier.

Plaque de verre après gravure au laser.

Détail de la plaque de verre gravée.

Crystale enlève patiemment la colle. Une fois ce travail terminé, nous traiterons le verre puis enlèverons le ruban adhésif sur les petits carrés.

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Matériau des fils

Coton

Lin

Polyester

Cuivre

Nylon

Acier

corde à piano

Polypro- pylène

Angle de contact

149,4°

121,1°

116,4°

106,8°

80,7°

71,3°

60,7°

hydrophobe

hydrophile

Comment capturer les gouttelettes du brouillard ?

Méthode du filet.

En 5e, notre professeur d’histoire géographie nous a donné des exemples de récupération d’eau dans les régions du monde qui en manquent. Il nous a montré l’exemple de filets capteurs de brouillard.

Notre première idée était de faire un système équipé d’un filet de capture en forme d’entonnoir pour guider les gouttelettes récupérées vers un récipient de stockage. Cet objet pourrait donc être déplacé (pas comme les filets de capture existants).

Filet de capture du brouillard au Chili.

Lorqu’il est venu au collège, Julien Sebilleau nous a plutôt conseillé, avant de construire cet objet, de s’assurer qu’on pourra bien capturer des gouttelettes avec un filet.

Nous nous sommes posé la question suivante :

Comment fonctionne un filet de capture ?

Hypothèses (nous hésitons entre deux) :

  • Le filet doit être fait avec un matériau hydrophile pour que les gouttelettes s’accrochent facilement au filet dès qu’elles le rencontrent. L’accumulation des gouttelettes les rendrait alors plus grosses et plus lourdes. Elles pourraient donc ensuite tomber et être récupérées.
  • Le filet doit être fait avec un matériau hydrophobe. Dès qu’une gouttelette rencontre le filet, elle s’accroche légèrement, ruisselle immédiatement vers le bas du filet et peut être récupérée.

Protocole mis en place :

Nous avons décidé de construire nos propres filets de capture en testant plusieurs matériaux (lin, coton, nylon, polyester, polypropylène, cuivre, acier) pouvant être trouvés sous forme de fil. Voici les mesures d’angles de contact pour chacun d’eux (voir annexe 2) :

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Nous ne savions pas comment tisser un filet. Sur Internet nous avons trouvé un article sur le tawashi (éponge fabriquée avec des tissus de récupération). Nous avons essayé cette technique mais le résultat était irrégulier, les mailles trop espacées et la réalisation trop longue.

Pour le moment nous avons construit et tissé les cadres avec du lin, du polyester, du nylon et du cuivre.

Fabrication d’un tawashi.

Finalement, nous avons construit plusieurs cadres de 10 cm sur 10 cm grâce au logiciel Solidworks et à l’imprimante 3D de la salle de technologie. Les côtés du cadre sont en forme de créneaux espacés de 1 mm.

Manon, William, Léandre, Cédric en plein tissage.

Dispositif de capture – filet en polyester.

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Comment tester l’efficacité des dispositifs de capture ?

Dans notre groupe, nous avons décidé de construire une cuve dans laquelle nous aurons du brouillard et le dispositif de capture construit par les autres groupes.

Notre première préoccupation a été d’obtenir du brouillard. Nous avons demandé à la pharmacie de Rieupeyroux de nous prêter un nébuliseur pour faire des essais.

Observation :

Lorsque nous plaçons l’arrivée du tuyau du nébuliseur sous un cristallisoir renversé, nous voyons un brouillard se former mais très peu opaque. Nous avons ensuite essayé de placer de l’eau chaude dans le nébuliseur. Le brouillard obtenu est bien plus opaque.

Hypothèse :

Nous pensons qu’il faut une différence de température entre la vapeur d’eau et l’air extérieur pour que les gouttelettes en suspension se forment. Nous avons donc décidé de climatiser la cuve où nous ferons nos mesures.

Voici le cahier des charges que nous avons suivi :

Notre cuve doit :

  • être climatisée,
  • être transparente,
  • être transportable et robuste pour être présentée lors des concours et dans les écoles,
  • pouvoir contenir un objet de capture donc un support pour placer cet objet,
  • contenir un système de récupération de l’eau sous l’objet de capture à tester,
  • contenir des capteurs de température et d’humidité pour pouvoir comparer les expériences entre elles.

Dorian et Thaddius en pleine construction.

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Voici notre cuve laboratoire après plusieurs semaines de travail.

Générateur pour alimenter le couvercle de

la glacière (12V).

Nébuliseur.

Tube coudé fabriqué avec l’imprimante 3D de la salle de technologie.

Couvercle de glacière de voiture prêtée par notre professeur de mathématiques (pour

climatiser la cuve).

Thermomètre/hygromètre

(extérieur de la cuve).

Thermomètres/hygromètres (intérieur de la cuve).

Sortie du brouillard.

Plaque trouée en bois.

Réservoir d’eau.

Cuve en plexiglas et renforts en bois.

Nous avons créé cette pièce pour pouvoir introduire facilement le brouillard dans notre cuve. Nous avions besoin qu’une des extrémités de cette pièce ait le même diamètre que l’embout du nébuliseur et que l’autre extrémité puisse s’insérer dans la cuve au niveau de l’arrivée de l’air froid.

Plusieurs essais ont été nécessaires.

Lors de nos premiers essais, nous avons obtenu, à l’endroit où se forme le brouillard, une température de 14°C et une humidité de 73 %.

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Cuvette de récupération de l’eau.

Voici notre cuve laboratoire terminée !

Emplacement du dispositif de capture

(arrivée du

brouillard).

Nous avons ensuite réfléchi au support pour placer les dispositifs de capture et récupérer l’eau. Voici deux images obtenues avec le logiciel SketchUp de notre support, fabriqué ensuite avec l’imprimante 3D.

Une tige en métal traversant la cuve doit passer dans ce tube.

Elle maintient l’objet à hauteur de l’arrivée

du brouillard.

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Nos premiers résultats.

Une fois notre cuve entièrement terminée, nous avons testé chaque dispositif de capture pendant des durées fixes (45 min) et des conditions de température et d’humidité les plus proches possibles entre elles. Voici nos résultats :

Nom du dispositif de capture

Durée dans la cuve (min)

Humidité moyenne (%)

Température moyenne (°C)

Résultat

ABS-cire

45

77

15

Traces d’humidité à la surface des dispositifs.

Absence d’eau liquide dans la cuvette du support.

ABS-coton

45

60

16

Verre-verre

45

75

15

Nom du dispositif de capture

Durée dans la cuve (min)

Humidité moyenne (%)

Température moyenne (°C)

Résultat

Filet coton

45

70

15

Quelques gouttelettes s’ac- crochent aux filets.

Absence d’eau liquide dans la cuvette du support.

Filet lin

45

80

14

Filet polyester

45

63

14

Filet cuivre

45

74

13

Filet nylon

45

79

15

Gouttes récupérées sur le

filet en lin.

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Conclusion, perspectives.

Nous sommes un peu déçus par nos résultats, en particulier pour le dispositif verre-verre dans lequel nous placions le plus d’espoir. Peut-être les bosses hydrophiles sont-elles trop grosses (même si elles mesurent 0,5 mm) par rapport aux gouttelettes du nébuliseur (0,01 mm) ? Nous obtenons de meilleurs résultats avec les filets. En fonction du matériau employé, nous constatons que les gouttes ne s’accrochent pas de la même manière. Peut-être faudrait-il resserrer les mailles des filets pour que les gouttes se rassemblent mieux et puissent ensuite ruisseler dans la cuvette de récupération ? Peut-être faudrait-il que le filet soit plus grand ? Nous comptons explorer ces pistes pour la suite.

Nous avons rencontré de nombreuses difficultés dans notre travail en particulier avec l’imprimante 3D (il a fallu recommencer de nombreuses pièces en modifiant les paramètres d’impression) mais aussi pour arriver à utiliser le logiciel SolidWorks. Julien Deltor avait raison quand il nous a dit :

« Il ne faut pas avoir peur de tester et apprendre de ses erreurs ».

Notre projet s’inscrit dans l’objectif n°6 de développement durable de l’ONU. Si nos prochains essais fonctionnent, ils pourront nous servir de base à la création d’un objet de capture des gouttelettes du brouillard. Cet objet pourrait servir localement (il y a du brouillard à Rieupeyroux même s’il peut y en avoir plus ailleurs) ou pour certaines régions du monde où le brouillard est présent mais où il y a un manque d’eau potable (Namibie, Chili, …). Voici ce que nous avions imaginé au début de notre atelier scientifique, nos idées de départ :

Le cactus absorbant, objet design et utile à la fois.

Grâce à l’aide de nos différents partenaires et au travail que nous avons mené depuis le début de l’atelier, ces idées deviendront peut-être réalité.

Le chariot récupérateur d’eau de brouillard.

Un entonnoir filet pour remplir une cuve.

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ANNEXES

Annexe 1 – Données concernant le brouillard sur l’aéroport de Rodez-Marcillac.

Documents fournis par Mireille Langeard (Météo France) :

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Annexe 2 – Exemples de mesures d’angles de contact avec GeoGebra.

acier

aluminium

ardoise

cire d’abeille

cire de bougie

coquillage

cuivre

faïence

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polyéthylène

PLA

plexiglas

polypropylène Priplak®

PVC expansé

suie

verre

verre traité avec du Sigmacote®

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fil d’acier (corde à piano)

fil de coton

fil de cuivre

fil de lin

fil de nylon

fil de polyester