Comment pouvons-nous capter l’humidité de l’air sans utiliser d’électricité ?

Pour notre première expérience, nous avons voulu capter l’humidité de l’air sans apport d’énergie, et près de chez nous. Nous inspirant de projets existants tels que la tour Warka ou les filets à brouillard, nous nous sommes mis à la recherche d’une installation efficace pour récolter la rosée.

Protocole :

 

Nous avons disposé les matériaux à tester sur un bac de manière à récupérer l’eau. Afin de n’avoir qu’un seul paramètre différent qui varie, nous avons testé deux surfaces à comparer la même nuit. Afin de refroidir plus rapidement que l’air ambiant, un bon matériau doit avoir une émissivité infrarouge élevée, c’est-à-dire une forte capacité à évacuer des rayons infrarouges, et donc de l’énergie, ce qui conduit à une baisse de la température. Nous avons donc choisi du bois peint : le bois comme la peinture ont une forte émissivité infrarouge; de plus, dans le but de vérifier l’importance de l’émissivité IR, nous avons aussi sélectionné une plaque de polycarbonate de la même surface, un matériau peu efficace.

Notre hypothèse est donc que l’émission de rayons infrarouges influence l’efficacité des surfaces. Si le bois récolte plus d’eau, notre hypothèse sera validée. Sinon, elle sera réfutée.

Première expérience

Pour commencer, nous avons disposé ces matériaux légèrement inclinés (voir image) sous un toit, pour éviter de récolter la rosée qui tombe sur le sol le matin, mais nous n’avons pas obtenu de résultats.

 

Après quelques recherches, nous avons appris que le toit renvoie les rayons infrarouges, empêchant le matériau de bien refroidir : l’énergie portée par ces rayons retourne vers le matériau qui se réchauffe à nouveau, ou bien vers le sol qui, face à cet excès d’énergie, va transférer sa chaleur à la surface. C’est aussi pour cela que les résultats sont moindres lorsqu’on peut observer un toit de nuages. Nous avons donc déplacé l’expérience loin des toits, et avons attendu une nuit sans nuages. Le bois étant trop lourd, nous avons placé horizontalement les surfaces sur des bacs en plastique de manière à les isoler du sol.

 

 

Deuxième expérience

Afin de mieux comprendre ce qui allait se dérouler pendant la nuit, nous avons placé deux types de capteurs près de l’expérience. Le premier est capable d’enregistrer la température et l’humidité de l’air, et calcule simultanément le point de rosée. Le second capteur est composé de deux thermomètres que nous avons placé sur les surfaces, de manière à connaître avec précision leur température.

Nous avons regroupé toutes ces informations dans le graphique ci-dessus. Nous pouvons voir que :
la température de l’air est restée au-dessus du point de rosée;
la température des surfaces est passée sous ce point de rosée;
le bois a plus refroidi que le polycarbonate.

Nous en déduisons qu’il n’y a pas eu de brume pendant la nuit et que, si les matériaux ont tous deux récolté de l’eau, le bois a été plus efficace.

Nos observations sur les lieux de l’expérience ont confirmé cette déduction : alors que le polycarbonate était légèrement humide, le bois portait de petites gouttelettes (environ 20 mL). D’autres recherches nous ont révélé que ce matériau est hydrophile, car composé de molécules polaires, attirant d’autres molécules polaires telles que l’eau.

Nous en déduisons que la plus forte émissivité IR du bois lui a permis de refroidir plus vite, et que son hydrophilie a favorisé la fixation de gouttelettes.

Expérience 3

Nous avons alors décidé de renouveler l’expérience afin d’avoir des résultats en plus grand nombre, avec cette fois-ci du fer et du tissu. Voici ce qu’ont enregistré les capteurs :

Nous pouvons observer un comportement similaire des différentes courbes. Toutefois, nous n’avons pas récolté une seule goutte d’eau. Or, nous voyons que les différentes surfaces ont eu tout au long de la nuit une température négative. Nous en avons déduit que, l’eau gelant, la rosée n’a pas pu se former.

Conclusions

L’expérience 1 nous a permis d’étudier le placement optimal de l’installation : dans un lieu dégagé et exempt de nuages. La seconde expérience nous a amené à la conclusion suivante : un matériau doit émettre un grand nombres de rayons infrarouges et être hydrophile. Enfin, la dernière expérience montre l’importance d’un climat chaud. Ainsi, cette installation peut être placée dans le désert : malgré peu d’humidité ambiante, le point de rosée se situe à une température assez haute (voir diagramme de mollier) et peut donc être dépassé facilement, contrairement à ce que l’on pourrait penser. En effet, le désert est très froid dès la tombée de la nuit.