Littérature scientifique sur le sujet « Condensation d'eau »

Le travail de thèse a pour objectif d'estimer précisément la quantité d'eau que l'on peut espérer collecter par la rosée dans le village côtier de Mirleft, situé au sud d'Agadir (Maroc), de la comparer aux autres ressources renouvelables de récupération d'eau douce (brouillard, pluie) et d'estimer sa qualité. La mise en place à Mirleft d'une station météorologique, de 4 condenseurs et d'un filet à brouillard a permis d'obtenir des données concernant la période comprise entre le 01/05/2007 et le 31/04/2008. De très nombreux événements de rosée ont été observés, avec de rares événements de brouillard. L'eau de rosée représente 40 % de l'apport annuel en pluie et apparaît donc comme une composante essentielle de l'apport hydrique total. Une approche mathématique de la modélisation de la rosée a estimé son rendement sur une quinzaine de sites répartis sur tout le territoire du Maroc. Une analyse spatio-temporelle a permis une meilleure connaissance du phénomène de la condensation à l'échelle du Maroc. Concernant les analyses chimiques, les pH moyens de la rosée et de la pluie sont respectivement égaux à 7,40 (± 0.28) et 6,85 (± 0.21) avec une conductivité moyenne de 727,25 μS/cm (± 678.64) et 316 μS/cm (± 306.07), représentant une minéralisation totale de 560 mg L-1 et 230 mg L-1. Dans cette étude, le rapport TA/TC, inférieur à 1, indique la nature alcaline de ces eaux. L'analyse des ions majeurs a montré que la concentration du Cl- et Na+ est élevée par rapport à celle des autres éléments. Une analyse en composante principale (ACP) a été réalisée sur les données afin d'identifier l'origine possible des ions. Pour estimer la contribution marine et non marine de ces ions, la fraction du sel provenant de la mer (SSF) a été calculé. Les faibles pourcentages du SSF de la rosée ont suggéré une contribution considérable d'origine non marine pour des composants comme Ca²+, K+, SO4 2- et NO3 - exceptés le Cl-, Na+ et Mg2+. Par contre dans l'eau de pluie, les valeurs du NSSF (No Sea Salt Fraction) indiquent que seulement Ca²+ et NO3 - ne sont pas influencés par la mer. L'étude du facteur de neutralisation a révélé l'ordre décroissant des cations dans l'eau des deux sources NFCa²+ > NFMg²+ > NFK+. On a constaté l'influence du climat sur la chimie de la rosée et par conséquent les variations temporelles où les saisons de transition et sèches sont plus concentrées en éléments que la saison humide caractérisée par les taux élevés en eau de rosée. Les quantités d'ions mesurées et les analyses biologiques montrent que l'eau de rosée est potable vis-à-vis des recommandations de l'OMS. Les résultats en termes de rendements associés aux analyses chimiques de l'eau de rosée et le succès du condenseur de démonstration dans différentes régions où notre équipe a réalisé ces recherches nous ont incité à équiper avec succès des grands systèmes de collectes à Idousskssou (8 km SE de Mirleft) pour l'usage de la population locale.

Cette etude comporte deux parties distinctes: la premiere partie concerne la modelisation monodimensionnelle instationnaire d'un ecoulement diphasique de vapeur d'eau dans lequel on injecte des particules liquides ou solides, dans une tuyere convergente-divergente. Le schema numerique de maccormack est utilise pour resoudre le systeme d'equations obtenu, et permet la mise en evidence des modifications subies par l'ecoulement de vapeur lors de l'injection des particules ainsi que la description de la phase transitoire et du regime stationnaire obtenus. La deuxieme partie, est consacree a l'etude d'un ecoulement stratifie de vapeur d'eau se condensant en film mince sur la paroi inferieure d'un condenseur de section constante. Une modelisation numerique monodimensionnelle stationnaire est realisee, et les resultats obtenus sont en bon accord avec des donnees experimentales pour divers debits de vapeur utilises

Les sources renouvelables (solaire, éolien, vapeur d'eau atmosphérique) représentent des solutions alternatives intéressantes pour répondre aux besoins de certaines populations isolées sans électricité et en stress hydrique (moins de 15 L d'eau par jour). Des condenseurs radiatifs de production d'eau douce potable ont été élaborés par l'utilisation d'un phénomène naturel (refroidissement radiatif) ne nécessitant pas d'apport d'énergie. Depuis 2000, l'Université de Corse, le CEA et le CNRS se sont conventionnés pour développer des outils et des technologies performantes pour effectuer la transition entre des prototypes de laboratoire et des systèmes réels. Afin de s'approcher du rendement théorique maximum (0,8 L m-2), des protocoles de mesure, puis des prototypes " plan "de 30 m² ont été construits. Un code numérique (CFD) a été développé pour estimer les performances de systèmes complexes à grande échelle (plusieurs centaines de m²) avant leur installation. De nouveaux matériaux de condensation faisant l'objet d'un brevet déposé, sélectifs en longueur d'onde, ont été formulés pour répondre à la fois à des contraintes de climatisation passive des bâtiments en cycle diurne et de production d'eau en cycle nocturne. En partenariat avec l'association OPUR (www.opur.u-bordeaux.fr), une toiture de démonstration de 15,1 m² à Biševo en Croatie (0,181 mm en moyenne), ainsi qu'une usine de production de 850 m² (15000 m² à terme) confirment le potentiel de la technologie puisque les rendements attendus pourront atteindre 5 m3 d'eau par jour. Parallèlement, le solaire et l'éolien, dans un système hybride de production d'énergie décentralisée (couplés avec une source auxiliaire type fossile ou hydrogène) peuvent pallier l'absence d'électrification de certaines régions du Globe. Dans ce mémoire, des codes de calcul de dimensionnement de ces systèmes ont été élaborés pour une optimisation physique et économique de ces techniques répondant soit à l'électrification de sites isolés soit à la production massive d'électricité par connexion à un réseau de distribution pour différentes applications (relevage de chutes de tension ou production en continu). Les résultats obtenus permettent d'envisager l'utilisation du couplage EnR-H2. A ce titre, notre équipe de recherches a obtenu le financement d'une centrale PV-H2 sur le site du laboratoire : 3,6 MW couplé à un électrolyseur et une pile à combustible de puissance de plus de 100 kW.

Les travaux presentes dans ce manuscrit concernant la caracterisation des transferts de chaleur et de masse dans un evaporateur a film liquide ruisselant sur un faisceau de tubes horizontaux. L'evaporateur etudie est un echangeur en polypropylene, utilise dans une petite unite de dessalement d'eau saumatre fonctionnant par un nouveau procede a basse temperature : l'aero-evapo-condensation. L'etude experimentale a permis de determiner les parametres fondamentaux gouvernant les transferts de chaleur et de masse lors de l'ecoulement du film liquide dans un faisceau de tubes horizontaux. L'utilisation d'un systeme de distribution a fente permet un meilleur mouillage des tubes, et par la meme des meilleures performances thermo-hydrauliques. Les experiences realisees, avec de l'eau geothermale, dans un site au sud de la tunisie, ont montre l'efficacite de la nouvelle unite vis-a-vis des problemes de distribution et d'encrassement. Un outil numerique simple est egalement elabore pour la modelisation et l'optimisation de ce type d'evaporateurs. Une comparaison entre les resultats numeriques et experimentaux a mis en evidence la validite du modele propose. Le second volet de ces travaux concerne l'etude des mecanismes regissant les transferts de chaleur et de masse d'un film liquide ruisselant autour d'un tube horizontal isole. Une analyse experimentale (mesures des coefficients local et moyen de transfert de chaleur autour du tube et de la quantite d'eau evaporee) et numerique est realisee. En particulier, un modele numerique tenant compte de la region de stagnation situee en haut du tube est developpe et valide par l'experience. Enfin, nous avons compare les coefficients de transfert de chaleur obtenus sur un tube isole et un faisceau de tubes de l'evaporateur. Cette comparaison a permis de montrer une bonne concordance des resultats au-dela d'un nombre de reynolds critique. Ce parametre semble controler la nature de mouillage du faisceau.

La recherche de nouvelles formes de vie est une quête passionnante mais quidemande avant tout de comprendre l'origine de l'apparition d'une forme de vie.La seule planète qui abrite la vie à notre connaissance est la Terre. Comprendrepourquoi les autres planètes de notre système solaire n'en abrite pas ou plus estune étude nécessaire pour pouvoir mieux cibler nos cherches de nouvelles vies dansles autres systèmes stellaires. L'objectif de cette thèse est d'apporter des premierséléments de réponse à cette question. Nous nous sommes principalement concentréssur la comparaison d'évolution thermique entre Mars, la Terre et Vénus vers lafin de leur accrétion lors du refroidissement de leur océan de magma. L'évolutionthermique d'océans de magma produits par collision avec des impacteurs géantslors de l'accrétion est supposée dépendre de la composition et de la structure del'atmosphère à travers l'effet de serre du CO2 et H2O relâché par le magma durantsa cristallisation. Afin de contraindre les différentes échelles de temps de refroidissementdu système, nous avons développé un modèle 1-D de convection paramétréd'un océan de magma couplé avec un modèle atmosphérique 1-D radiatif-convectif.Nous avons conduit une étude paramétrique et décris l'influence de plusieurs variablestelles que le contenu initial en volatils, la profondeur initiale de l'océan demagma ou encore la distance planète-soleil. Nos résultats suggèrent que la présenced'une atmosphère de vapeur retarde la fin de la phase d'océan de magma d'environ1 Ma. De plus, nous observons également que la vapeur d'eau condense en un océanaprès 0.1, 1.5 et 10 Ma respectivement pour Mars, la Terre et Vénus. Ce tempsserait virtuellement infini pour une planète de la taille de la Terre située à moins de0.66 ua du soleil. Au regard de ces résultats, nous remarquons que pour la Terre etMars, les échelles de temps de formation d'un océan d'eau sont plus courtes que lagamme de temps entre chaque impacts majeurs. Ceci impliquerait que des océansd'eau successifs peuvent s'être développés durant l'accrétion. En revanche, Vénus,du fait de sa grande proximité avec le seuil de distance au soleil (0.66 ua), pourraitavoir maintenu sa phase d'océan de magma plus longtemps durant l'accrétion.Par la suite, la prise en compte de l'échappement hydrodynamique nous a permisde constater que ce phénomène a très peu d'incidence sur le réservoir global d'eaud'une planète durant la phase d'océan de magma. Cependant, on observe qu'aprèsla condensation de la vapeur d'eau, l'échappement devient de plus en plus efficaceet le réservoir d'eau fini par être totalement évaporé peu de temps avant la fin de lasolidification du manteau. Enfin, nous avons commencé à étudier l'influence d'autresgros impacts durant le refroidissement de l'océan de magma. Les premiers résultatsmontrent que dans le cas de Mars et la Terre, la durée de leur phase d'océan demagma est plus courte que la gamme de temps entre chaque impact majeur. Il en résulte que ces planètes ont dû connaitre une alternance entre phase d'océan demagma et phase d'océan d'eau. Ce phénomène n'a en revanche pas dû avoir lieusur Vénus. En effet, la durée de sa phase d'océan de magma est plus longue que lagamme de temps entre chaque impact majeur. C'est pourquoi, la phase d'océan demagma sur Vénus a dû se prolonger durant toute la phase d'impacts et qu'aucunocéan d'eau n'a pu se former avant la fin de cette période.

La vapeur d'eau joue un rôle important dans le climat, notamment par le dégagement de chaleur latente qu'elle produit lors de sa condensation. Cet effet intervient dans les phénomènes liés à la convection tropicale et accompagne les perturbations synoptiques des latitudes moyennes. Il est actuellement paramétrisé dans les modèles de circulation générale et son déclenchement introduit un effet de seuil non-linéaire dans les équations du système. Pour étudier l'impact de la condensation sur la dynamique atmosphérique de grande échelle, nous avons développé des modèles idéalisés de type St-Venant où le dégagement de chaleur est représenté par un flux de masse entre les couches qui conserve l'enthalpie humide et où la condensation est paramétrisée avec un schéma Betts-Miller simple. Ces modèles sont non-linéaires et agéostrophiques et correspondent dans certaines limites aux modèles d'études précédentes. La condensation modifie les propriétés des modèles de St-Venant secs qui, sous certaines conditions, sont des systèmes hyperboliques par partie présentant des vitesses caractéristiques humides plus lentes que les sèches et des solutions sous forme de fronts de précipitation. Nos modèles sont résolus numériquement à l'aide de schémas aux volumes finis permettant de mener des expériences non-linéaires de haute résolution. L'impact de l'humidité sur l'intégralité du développement des instabilités dynamiques barotrope et barocline a ainsi été étudié. La condensation augmente le taux de croissance de l'instabilité et intensifie les mouvements agéostrophiques et cycloniques de la couche humide. Et l'asymétrie cyclonique qu'elle provoque modifie la stabilistation de l'écoulement.

Une étude expérimentale des transferts de l'eau dans le bois a été effectuée car sa présence provoque le développement des champignons quand la teneur en eau est supérieure au point de saturation des fibres. Donc le développement des champignons ne peut avoir lieu que quand le bois est en contact avec l'eau de ruissellement, ou quand il y a condensation de la vapeur d'eau sur la surface du bois. Cette condensation se produit quand la température du bois est inférieure à celle du milieu environnant et l'humidité relative est assez élevée. Des modèles mathematiques ont été construit dans le but de simuler les transferts de l'eau dans le bois dans différentes conditions opératoires et de connaître les teneurs en eau à chaque point de l'échantillon. Ces renseignements sont nécessaires pour prévoir une éventuelle biodégradation par les champignons.

Le spectre poreux du mortier est etudie par trois methodes comparees: injection de mercure, sorption d'azote, condensation d'eau sur la base d'experiences d'imbition a quatre temperature, avec mesure gammametrique de la teneur en eau, on analyse la nature des transferts dans le mortier. Le schema de la superposition d'un flux diffusif de vapeur et d'un flux visqueux de liquide aboutit a certaines contradictions

L’accès à l’eau potable est devenu enjeu international, touchant des millions de personnes et mettant ennpéril les écosystèmes. Garantir l’accès équitable à cette ressource représente un défi pour l’humanité. Inspirés par la surface du dos du scarabée combinant à la fois des zones hydrophiles et des zones hydrophobes, nous proposons dans ce travail de thèse, des surfaces structurées, biphiliques capables de condenser et collecter l’eau atmosphérique. Ces surfaces, ayant différentes rugosités, tailles et formesde motifs sont préparées à base de polymère déposé sur silicium en combinant diverses technologies telles que la lithographie, le dépôt métallique et la gravure plasma. L’objectif de ce travail de thèse a été d’analyser comment les différents paramètres des surfaces impactent ou n’impactent pas la collecte d’eau, au niveau de la condensation et de la capture de gouttelettes de brouillard. L’intérêt final était de contribuer à l’analyse qui permettra de définir les systèmes de collecte optimaux en tirant profit des expertises technologiques disponibles au laboratoire et en réalisant des surfaces de plusieurs typesprésentant une variété de rugosité. Après une phase d’optimisation des procédés technologiques pour réaliser des surfaces à mouillabilité alternée, nous avons testé l’efficacité de ces surfaces par des mesures de condensation dans une chambre climatique, avec un contrôle de la température de l’air, humidité relative, et température de surface. Nous avons pu confirmer ainsi certains résultats de la littérature quantaux facteurs majeurs qui impactent la condensation. Nous avons également testé le comportement de ces surfaces face à un flux de gouttelettes dans l’objectif d’étudier leur comportement face au brouillard. Les résultats ont montré que les surfaces biphiliques, avec une certaine rugosité de surface, sont plus efficaces que les surfaces homogènes pour collecter l'eau. Cependant, les conditions expérimentales jouent un rôle clé et leur impact sur la durabilité reste un point majeur à étudier
Access to clean drinking water has become an international issue, affecting millions of people and threatening ecosystems. Ensuring equitable access to this resource represents a challenge for humanity. Inspired by the surface of the beetle’s back, which combines both hydrophilic and hydrophobic zones, this thesis proposes structured, biphilic surfaces capable of condensing and collecting atmospheric water. These surfaces, featuring different roughness levels, sizes, and shapes of patterns, are prepared using a polymer deposited on silicon by combining various technologies such as lithography, metal deposition, and plasma etching.The goal of this thesis was to analyze how different surface parameters affect or do not affect water collection, specifically in terms of condensation and the capture of fog droplets. The ultimate aim was to contribute to the analysis that will help define optimal water harvesting systems by leveraging the technological expertise available in the laboratory and creating various types of surfaces with a range of roughness levels.After an optimization phase of the technological processes to create surfaces with alternating wettability, we tested the effectiveness of these surfaces through condensation measurements in a climatic chamber, controlling air temperature, relative humidity, and surface temperature. This allowed us to confirm certain findings from the literature regarding the major factors influencing condensation. We also tested the behavior of these surfaces under a flow of droplets to study their response to fog. The results showed that biphilic surfaces, with a certain degree of surface roughness, are more efficient than homogeneous surfaces for water collection. However, experimental conditions play a key role, and their impact on durability remains a major area for further study