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Gilgamesh Moderator le 11 Octobre 2009 20:07
Je reposte ici la demande de Waldham sur Futura.
Citer:
J'essaie d'écrire différents documents, exercices, fiches pour un projet avec des élèves de cinquième dans un collège.
Il sera mis en place durant l'année scolaire 2009/2010 au rythme de deux séances hebdomadaire au rythme d'une heure chacune pendant 20 semaines.
Il se divisera en 3 phases : la préparation du voyage (14 séances), le voyage (12 séances), la colonisation d'une planète (14 séances).
Il suscitera l'autogestion, la citoyenneté, le travail en équipe, aborder les problèmes de développement durable, l'expression orale par le roleplay, …
Il impliquerait les matières suivantes :
Français, Mathématiques, SVT, Arts Plastiques, Techno
Conception du vaisseau :
Témoin du patrimoine culturel : sélection d'œuvres d'arts (prolongation en dehors de la séance) par l'aspect graphique
On diviserait les élèves en équipe de 5 ou 6; soit 5 équipes.
Chaque groupe plancherait sur un domaine particulier et résoudrait les problèmes liés à ce domaine. Des problèmes accessibles à leur niveau de collégien.
Matières premières nécessaires pour le voyage et divers :
_ carburant (5 personnes), Estimation de la durée du voyage : vitesse de croisière, carburant nécessaire
_ eau (5 personnes) : boire, se laver, toilettes, ...
_ nourriture (5 personnes)
_ oxygène (5 personnes)
_ Recyclage / Gestion des déchets (5 personnes)
Architecture du vaisseau : aménagement de l'espace de vie, de stockage
Conception de la colonie :
Construction des maisons passives (minimum CO2)
Modèle de planète identique à la nôtre
************
La destination serait alpha centauri A avec une planète en son sein.
Si tu peux m'éclairer sur les différents points :
carburant du vaisseau, type, quantité nécessaire, volume occupé
je cherche une vitesse hypothétique inférieur à la vitesse de la lumière avec un type de moteur qui pourrait le produire de façon hypothétique
Je cherche à proposer entre autre des exercices de calcul simple accessible à des cinquièmes. Quitte à résoudre un problème en plusieurs étapes.
Voici les quelques domaines où je cherche des réponses :
Des trois étoiles, c'est Proxima Centauri qui est la plus proche de nous, à 4,22 années-lumière, soit 270 000 fois la distance entre la Terre et le Soleil.
À 4,36 années-lumière, c'est Alpha Centauri A l'une des étoiles les plus proches de la Terre.
Année-lumière
L’année-lumière (symbole al, anciennement année de lumière) est une unité de distance utilisée en astronomie.
Une année-lumière est la distance parcourue par un photon (ou plus simplement la lumière) dans le vide, en dehors de tout champ gravitationnel ou magnétique, en une année julienne (365,25 jours ; soit : 31 557 600 secondes). La vitesse de la lumière dans le vide étant (par définition du mètre) de 299 792 458 m/s, une année-lumière est exactement égale à : 9 460 730 472 580,800 km ≈ 9 461 milliards de km = 9,461 Pm ou 9 461 Tm.
(1 Pétamètre (Pm) est égal à 10 exposant 15 mètres) (1 Téramètre (Tm) est égal à 10 exposant 12 mètres)
1 al ≈ 9,461 Pm = 9,461×1015 m
Eau :
_ calcul de la consommation d’eau potable d’une personne ? de l’équipage ?
_ calcul de la consommation d’eau pour se laver les dents ?
Oxygène :
_ calcul de la consommation d’oxygène d’une personne ? de l’équipage ? au repos ou en activité
_ calcul de la production de CO2 d’une personne ? de l’équipage ? au repos ou en activité ?
_électrolyse de l’eau ? quantité d’O2 produite
_ panneau solaire ? quantité d’électricité produite
Au repos, la consommation d'oxygène est évaluée à environ 3,5 millilitres/kilogramme/minute. Lors d'un exercice physique, elle varie selon l'intensité de l'effort et des masses musculaires en jeu.
On l'évalue à 35-45 ml/kg/min chez l'homme sédentaire, à 30-40 ml/kg/min chez la femme sédentaire ; à 50-60 ml/kg/min chez un jeune homme adulte bien entraîné, à 45-55 ml/kg/min chez une jeune femme bien entraînée.
Nourriture :
Déchets :
_ recyclage de l’urine en eau
As tu le temps de m'aider et de m'éclairer de tes lanternes ?
Il sera mis en place durant l'année scolaire 2009/2010 au rythme de deux séances hebdomadaire au rythme d'une heure chacune pendant 20 semaines.
Il se divisera en 3 phases : la préparation du voyage (14 séances), le voyage (12 séances), la colonisation d'une planète (14 séances).
Il suscitera l'autogestion, la citoyenneté, le travail en équipe, aborder les problèmes de développement durable, l'expression orale par le roleplay, …
Il impliquerait les matières suivantes :
Français, Mathématiques, SVT, Arts Plastiques, Techno
Conception du vaisseau :
Témoin du patrimoine culturel : sélection d'œuvres d'arts (prolongation en dehors de la séance) par l'aspect graphique
On diviserait les élèves en équipe de 5 ou 6; soit 5 équipes.
Chaque groupe plancherait sur un domaine particulier et résoudrait les problèmes liés à ce domaine. Des problèmes accessibles à leur niveau de collégien.
Matières premières nécessaires pour le voyage et divers :
_ carburant (5 personnes), Estimation de la durée du voyage : vitesse de croisière, carburant nécessaire
_ eau (5 personnes) : boire, se laver, toilettes, ...
_ nourriture (5 personnes)
_ oxygène (5 personnes)
_ Recyclage / Gestion des déchets (5 personnes)
Architecture du vaisseau : aménagement de l'espace de vie, de stockage
Conception de la colonie :
Construction des maisons passives (minimum CO2)
Modèle de planète identique à la nôtre
************
La destination serait alpha centauri A avec une planète en son sein.
Si tu peux m'éclairer sur les différents points :
carburant du vaisseau, type, quantité nécessaire, volume occupé
je cherche une vitesse hypothétique inférieur à la vitesse de la lumière avec un type de moteur qui pourrait le produire de façon hypothétique
Je cherche à proposer entre autre des exercices de calcul simple accessible à des cinquièmes. Quitte à résoudre un problème en plusieurs étapes.
Voici les quelques domaines où je cherche des réponses :
Des trois étoiles, c'est Proxima Centauri qui est la plus proche de nous, à 4,22 années-lumière, soit 270 000 fois la distance entre la Terre et le Soleil.
À 4,36 années-lumière, c'est Alpha Centauri A l'une des étoiles les plus proches de la Terre.
Année-lumière
L’année-lumière (symbole al, anciennement année de lumière) est une unité de distance utilisée en astronomie.
Une année-lumière est la distance parcourue par un photon (ou plus simplement la lumière) dans le vide, en dehors de tout champ gravitationnel ou magnétique, en une année julienne (365,25 jours ; soit : 31 557 600 secondes). La vitesse de la lumière dans le vide étant (par définition du mètre) de 299 792 458 m/s, une année-lumière est exactement égale à : 9 460 730 472 580,800 km ≈ 9 461 milliards de km = 9,461 Pm ou 9 461 Tm.
(1 Pétamètre (Pm) est égal à 10 exposant 15 mètres) (1 Téramètre (Tm) est égal à 10 exposant 12 mètres)
1 al ≈ 9,461 Pm = 9,461×1015 m
Eau :
_ calcul de la consommation d’eau potable d’une personne ? de l’équipage ?
_ calcul de la consommation d’eau pour se laver les dents ?
Oxygène :
_ calcul de la consommation d’oxygène d’une personne ? de l’équipage ? au repos ou en activité
_ calcul de la production de CO2 d’une personne ? de l’équipage ? au repos ou en activité ?
_électrolyse de l’eau ? quantité d’O2 produite
_ panneau solaire ? quantité d’électricité produite
Au repos, la consommation d'oxygène est évaluée à environ 3,5 millilitres/kilogramme/minute. Lors d'un exercice physique, elle varie selon l'intensité de l'effort et des masses musculaires en jeu.
On l'évalue à 35-45 ml/kg/min chez l'homme sédentaire, à 30-40 ml/kg/min chez la femme sédentaire ; à 50-60 ml/kg/min chez un jeune homme adulte bien entraîné, à 45-55 ml/kg/min chez une jeune femme bien entraînée.
Nourriture :
Déchets :
_ recyclage de l’urine en eau
As tu le temps de m'aider et de m'éclairer de tes lanternes ?
Gilgamesh Moderator le 11 Octobre 2009 20:08
Il s'agit de tous petits groupes : dans l'esprit, je raisonne comme s'il s'agissait d'un aller-retour dans la durée d'une vie.
Donc au niveau carburant on va mettre la gomme
On va prendre Deutérium + Hélium-3 car la réaction correspondante ne produit que des particules chargées, donc canalisable dans un tuyère magnétique.
D + He3 --> He4 + p (+ 18.354 MeV)
On va imaginer un vaisseau type Daedalus : intérêt, le projet a vraiment été évalué par la British Interplanetary Society et il y aura donc possibilité de montrer aux élèves que ce genre de projet a une consistance scientifique et il y aura une iconographie assez riche à montrer.
http://www.daviddarling.info/encycloped ... dalus.html
On va imaginer des billes de 1 cm de diamètre de Deutérium congelé avec de l'He-3 liquide dedans.
Densité D congelé ~ 200 kg/m3
Densité He3 liquide ~ 59 kg/m3
Masse atomique :
He3 : 3,0160293 uma
D : 2,013553213 uma
1 uma : 1,66054 .10-27 kg
Sachant qu'il faut donc 60% d'He3 en masse et 40% de Deutérium pour équilibrer la réaction tu peux leur faire calculer le diamètre de la bille d'He3 et l'épaisseur de la couche de Deutérium autours pour que l'ensemble fasse 1 cm. Soit calcul fait des billes de rayon 4,7 mm d'He3 recouvert d'une épaisseur de 0,3 mm de D.
Pour l'ignition on peut choisir des lasers.
L'énergie laser requise par particule (fusion par confinement inertiel) est en (très très
) grossière approximation
E = kT = 100 keV
avec k la cte de Boltzmann
Il faut porter l'ensemble à T = 1,2 GK.
Chaque bille contient n = 6,9e21 particules soit une énergie par bille pour l'ignition par les tirs laser de nkT = 0,11 GJ.
L'énergie fournie par la fusion est n/2*18,6 MeV
soit pour une bille : 10 GJ
L'énergie de la réaction est formée de l'énergie cinétique E = mv²/2 des deux réactants, dont l'un (He4) est 4 fois plus lourds que l'autre (p).
La conservation de l'impulsion impose que les deux réactants aient la même impulsion, donc que la vitesse du proton soit 4 fois celle de l'He4
On trouve :
vitesse proton v1 : 5,3e7 m/s
vitesse He4 v2 : 1,3e7 m/s
La vitesse moyenne v est (m1v1 + m2v2)/(m1+m2)
soit 2,1e7 m/s (21 000 km/s)
comme on se souvient qu'une partie de l'énergie sert à entretenir la réaction, et autre perte venant grever le rendement, on part disons avec un carburant de vitesse d'éjection ve = 20 000 km/s
Vitesse de croisière : on va négliger l'accélération ; mais si tu veux un calcul exact de l'équation du mouvement d'un vaisseau à poussée constante qui s'allège au fur et a mesure tu peux aller sur ce fil de discussion :
http://www.strangepaths.com/forum/viewt ... p?f=5&t=38
On veut parcourir 2 * 4,22 al en disont 50 ans (tu peux leur faire calculer différentes hypothèse de temps de trajet et le coût en carburant que ça représente...).
soit v = 5,1e7 m/s (0,17 c)
Masse de carburant nécessaire :
Deux hypothèses :
H1 on emporte tout le carburant
H2 on trouve le moyen de refaire le plein la bas
Pour un vaisseau qui passe de v=0 à V le ratio masse de départ M0/masse de structure M est
M0/M = exp(V/ve)
ve étant la vitesse d'éjection. Mais Le vaisseau doit accélérer jusqu'à la vitesse v puis freiner jusqu'à la vitesse nulle, et il faut mettre au carré l'exponentiel. A multiplier par deux si c'est un aller retour :
H2 : M0/M = 2 * exp(2V/ve)
soit M0/M = 2 * 158 = 316
Et si on doit refaire ça une fois pour le trajet retour, en emportant tous le carburant en une fois, eh ben il faut mettre au carré ce carré...
H1 : M0/M = exp(4V/ve)
soit M0/M = 25 034
Intuitivement, ça s'explique par le fait que le carburant nécessaire à chaque phase d'accélération/freinage doit servir à pousser la structure + lui même + le carburant des phases ultérieures.
a+
Donc au niveau carburant on va mettre la gomme
On va prendre Deutérium + Hélium-3 car la réaction correspondante ne produit que des particules chargées, donc canalisable dans un tuyère magnétique.
D + He3 --> He4 + p (+ 18.354 MeV)
On va imaginer un vaisseau type Daedalus : intérêt, le projet a vraiment été évalué par la British Interplanetary Society et il y aura donc possibilité de montrer aux élèves que ce genre de projet a une consistance scientifique et il y aura une iconographie assez riche à montrer.
http://www.daviddarling.info/encycloped ... dalus.html
On va imaginer des billes de 1 cm de diamètre de Deutérium congelé avec de l'He-3 liquide dedans.
Densité D congelé ~ 200 kg/m3
Densité He3 liquide ~ 59 kg/m3
Masse atomique :
He3 : 3,0160293 uma
D : 2,013553213 uma
1 uma : 1,66054 .10-27 kg
Sachant qu'il faut donc 60% d'He3 en masse et 40% de Deutérium pour équilibrer la réaction tu peux leur faire calculer le diamètre de la bille d'He3 et l'épaisseur de la couche de Deutérium autours pour que l'ensemble fasse 1 cm. Soit calcul fait des billes de rayon 4,7 mm d'He3 recouvert d'une épaisseur de 0,3 mm de D.
Pour l'ignition on peut choisir des lasers.
L'énergie laser requise par particule (fusion par confinement inertiel) est en (très très
) grossière approximation E = kT = 100 keV
avec k la cte de Boltzmann
Il faut porter l'ensemble à T = 1,2 GK.
Chaque bille contient n = 6,9e21 particules soit une énergie par bille pour l'ignition par les tirs laser de nkT = 0,11 GJ.
L'énergie fournie par la fusion est n/2*18,6 MeV
soit pour une bille : 10 GJ
L'énergie de la réaction est formée de l'énergie cinétique E = mv²/2 des deux réactants, dont l'un (He4) est 4 fois plus lourds que l'autre (p).
La conservation de l'impulsion impose que les deux réactants aient la même impulsion, donc que la vitesse du proton soit 4 fois celle de l'He4
On trouve :
vitesse proton v1 : 5,3e7 m/s
vitesse He4 v2 : 1,3e7 m/s
La vitesse moyenne v est (m1v1 + m2v2)/(m1+m2)
soit 2,1e7 m/s (21 000 km/s)
comme on se souvient qu'une partie de l'énergie sert à entretenir la réaction, et autre perte venant grever le rendement, on part disons avec un carburant de vitesse d'éjection ve = 20 000 km/s
Vitesse de croisière : on va négliger l'accélération ; mais si tu veux un calcul exact de l'équation du mouvement d'un vaisseau à poussée constante qui s'allège au fur et a mesure tu peux aller sur ce fil de discussion :
http://www.strangepaths.com/forum/viewt ... p?f=5&t=38
On veut parcourir 2 * 4,22 al en disont 50 ans (tu peux leur faire calculer différentes hypothèse de temps de trajet et le coût en carburant que ça représente...).
soit v = 5,1e7 m/s (0,17 c)
Masse de carburant nécessaire :
Deux hypothèses :
H1 on emporte tout le carburant
H2 on trouve le moyen de refaire le plein la bas
Pour un vaisseau qui passe de v=0 à V le ratio masse de départ M0/masse de structure M est
M0/M = exp(V/ve)
ve étant la vitesse d'éjection. Mais Le vaisseau doit accélérer jusqu'à la vitesse v puis freiner jusqu'à la vitesse nulle, et il faut mettre au carré l'exponentiel. A multiplier par deux si c'est un aller retour :
H2 : M0/M = 2 * exp(2V/ve)
soit M0/M = 2 * 158 = 316
Et si on doit refaire ça une fois pour le trajet retour, en emportant tous le carburant en une fois, eh ben il faut mettre au carré ce carré...
H1 : M0/M = exp(4V/ve)
soit M0/M = 25 034
Intuitivement, ça s'explique par le fait que le carburant nécessaire à chaque phase d'accélération/freinage doit servir à pousser la structure + lui même + le carburant des phases ultérieures.
a+
Gilgamesh Moderator le 14 Octobre 2009 00:09
[FAQ] Arche interstellaire
1) Apparemment, il n'est pas possible de faire un "vaisseau" de plus petit échelle ? Si on colonise, il faut au minimum 1000 colons, si j'ai bien lu.
On peut facilement diviser par 20 la masse de l'Arche (de 20 à 1 Gt), je pense, sans changer énormément le concept.
1) Qu’est que le CHON ?
Ce sont les éléments majoritaires constitutifs de la matière vivantes.
C : Carbone
H : Hydrogène
O : Oxygène
N : Azote
2) Comment « préviennent » elles ?
La propagation d"une rupture dans un matériau fibreux se fait de façon progressive car la fissure ne peut se propager que sur de petites distances avant d'arriver à une interface (la surface d'une fibre) qui l'arrête. Une corde soumise à une charge de rupture voit ses brins les plus fragile rompre les premiers, ce qui libère de l'énergie, sous forme sonore notamment. On sent qu'on arrive à la rupture simplement à l'oreille.
2) Comment est produit l’épiderme cohésif de cellules mortes ?
3)La matrice caoutchouteuse entoure l’ensemble ? J’ai du mal à visualiser. Ce serait quelque chose à mettre en place dans le vide spatiale ? Cette matrice ? Elle serait extensible ? (une image, un graphique présentant la chose)
L'épiderme est formée des cellules périphériques qui meurent en étant soumises au vide spatial voir simplement à l'air. L'idée est que la cellule avant de mourir mobilise son métabolisme dans la production d'un genre de latex ou de bitume très visqueux et étanche. Cette couche poisseuse peut être étirée et coule naturellement à travers toutes les fissures qui pourraient être provoquées par un mouvement d'étirement ou de torsion de la paroi.
4)Qu’appelles tu par petit corps pour y prélever : H2O, CO2, azote, phosphore… ?
Les petits corps regroupent les astéroïdes et les comètes. S'ils se sont formés au delà de la "limite des glaces" (snow line), c'est à dire à une distance suffisante du Soleil pour que les éléments volatiles puissent subsister sous forme solide, ils seront formés majoritairement d'eau.
Voir l'article "Sacrifions Patrocle !"
5)L’énergie solaire, c’est donc celle du soleil ?
Oui, on utilise l'énergie solaire pour la croissance de l'Arche.
6)Tu parles d’assurer l’énergie d’entretien sous forme lumineuse de quoi s’agit il ?
On utilise encore la fusion thermonucléaire pour produire de l'électricité dans le moyeu de l'Arche. La lumière est produite par des diodes électroluminescentes (c'est à dire pas de façon thermique). Elle est diffusée de jour au sein de la structure et de nuit dans la lumière aqueuse des torons des parois.
Production d'énergie électrique
Production de lumière
7)Est il possible de faire croître le végétal de façon plus rapide ?
Je n'ai pas tenté de calculs précis pour estimer la vitesse de croissance. Donc à voir...
On peut probablement améliorer le rendement de croissance par génie génétique, notamment pour éliminer la photorespiration. Mais sur le système de base (chloroplastique), on a affaire à un mécanisme optimisé depuis plusieurs milliards d'années !
quel type de végétal serait utilisé pour constituer la structure du vaisseau ?
Il s'agit d'une cellule végétale ad hoc, forcément.
L’Arche est une grande cellule formée de torons végétaux creux, laissant circuler en leur sein l’eau, les nutriments et la lumière qui assurent la vie et la croissance. Comme tous les végétaux, l’Arche est avant tout une surface développée englobant un grand volume. Mais contrairement aux végétaux terrestres, elle n’a pas son feuillage développé dans l’espace extérieur, qui est vide et hostile dans son cas. Toute sa partie assimilatrice est regroupée dans la face interne de ses fibres. Chaque toron est formé d’un enlacement hélicoïdal de tiges étroitement serrées les unes contre les autres et assurant l’étanchéité grâce au latex noir, plastique et collant issu de l’éclatement de cellules mortes suite au contact de leur surface avec le vide. L’ensemble forme une corde à âme creuse, au sein de laquelle chaque tige projette des radicelles photosynthétiques flottant dans le courant d’eau nutritif et lumineux.
La tension au sein du toron et son degré d’enroulement agit en retour sur le débit de fluide à l’intérieur de la radicelle, qui s’insère perpendiculairement au sens de la fibre. Cette disposition contrôle la croissance de l’Arche. Tant que la tension reste en dessous d’un seuil, la fibre est alimentée et croit. Quand la masse et le diamètre de l’Arche ont atteint une certaine valeur, les forces de compression s’exerçant sur les radicelles bloquent le flux nutritifs et empêchent la poursuite de la croissance, n’autorisant plus que l’entretient. Il est en effet important que l’Arche s’arrête naturellement de pousser quand elle a atteint sa taille adulte. En outre, la conductivité radiale de l‘eau au sein des radicelles est progressivement ralentie par la pression additionnée des fibres qui l’enserrent, et la périphérie est moins alimentée que le centre. Cela génère un asphyxie des zones les plus périphériques du toron et les cellule de ces fibres vont en mourant hydrolyser leur contenu protéique et générer le latex sombre, solide et étanche qui assure sa protection par une polymérisation naturelle de ses monomères sous l’effet des protons qui baignent l’univers d’un flot constant. L’Arche est durcie au feu du rayonnement cosmique. Au départ, cela se produit avec perte d’eau jusqu’à ce que cette couche atteigne une certaine épaisseur et forme une croûte étanche permanente. Dans les couches de torons inférieurs, le latex est peu réticulé et s’écoule lentement à travers les entrecroisements des mailles de la paroi.
La faune brouteuse et, bien sûr, le degré d’éclairement sont une autre façon de réguler sa croissance et son développement, en contrôlant son alimentation.
Les torons de l’Arche sont soumis à un cycle d’éclairement contra cyclique avec celui de la surface intérieure. Quand il fait jour pour les hommes dans l’Arche, l’intra parois est dans l’obscurité. Quand la nuit tombe, la lumière illumine à nouveau les innombrables tubes d’eau pour nourrir le grand vaisseau. La production électrique est assurée par une batterie de 24 réacteurs à fusion, fournissant une moyenne de 130 GW électriques. L’alternance dans l’éclairement des fibres et de l’intérieur permet une production de puissance électrique sans à coup.
Il y a deux systèmes de parois, perpendiculaire l’une à l’autre : la parois cylindrique et la parois rayonnante. La paroi cylindrique est la plus épaisse, c’est la semelle de l’Arche sur laquelle s’applique l’essentiel des forces de tension. Elle est formée de 10 épaisseurs de fibres superposées, de 4,50 mètre de rayon chacune (soit une épaisseur de 40 m en tenant compte qu’elles forment un empilement compact en étant disposées en quinconce). L’épaisseur de la semelle est augmentée par l’intercalation des parois rayonnantes, formant les joues de l’Arche.
motif 4-2-4.
La paroi rayonnante est formée de deux épaisseurs séparées par un vide d’environ 30 mètres de largeur. Chaque épaisseur est formée de deux couches de fibres, soit 8 m d’épaisseur.
La double parois fait au total 45 m d’épaisseur, avec son vide central. La semelle, compte tenu de l’intercalation de deux couche de 8m chacune, fait plus de 50 mètres d’épaisseur.
Le périmètre de l’Arche fait plus de 30 km. Les torons de la semelle ne sont pas d’un seul tenant sur une telle longueur. Ils s’enroulent autours d’une série de 60 peignes en carbone, perpendiculaires au périmètre de la semelle, en disposition étagée. Les torons forment des boucles fermées autours d’énormes cavaliers disposés les uns à côté des autres sur le peigne. De la sorte, leur portée ne dépasse pas 500 m, soit une longueur totale de l’ordre de 1 km, en comptant la boucle complète. On ne peut guère compter étendre au delà une fibre vivante aussi chargée en tension. Un tel cloisonnement est également d’un grand intérêt pour éviter la progression des épidémies virales, fongique, bactériennes et la prolifération des divers ravageurs qui pourraient s’attaquer aux tissus vivant des parois. Mais cela ne signifie pas que l’intérieur des torons soit stérile, bien au contraire. Ils sont peuplés d’une faune planctonique, de vers, de crustacés, de mollusque et de poissons adaptés aux différentes conditions de salinité, de températures et de pression qui règnent dans leur sein. C’est une source importante de protéines pour les archonautes. Au contact entre le toron et le cavalier, sur la surface intérieure de celui-ci, une fenêtre circulaire s’ouvre à travers la paroi du toron. C’est par ouverture qu’un humain peut s’introduire après avoir passer un sas et circuler en scaphandre dans le conduit intérieur. C’est par aussi là aussi que sont introduites l’eau et la lumière. La fibre est éclairée par un faisceau de fibres optiques munies de diffuseurs à intervalles réguliers, tendues dans l’axe. L’intérieur du peigne est creux et sert d’échangeur de chaleur, car la Paroi à aussi fonction de radiateur. Les 200 GW thermiques nécessaires à la production de l’électricité puis de la lumière qui éclaire l’Arche doivent être évacués dans le Grand Extérieur. La seule façon de le faire est de les convertir en photons que l’on disperse dans l’espace. L’Arche doit rayonner il pour cela elle doit être chaude en surface. Il faut maintenir épiderme de l’Arche à environ 13°C. Si l’eau n’y circulait pas, il serait impossible de faire passer la chaleur dans cette peau d’éléphant végétale. Les fibres extérieures, en contact avec l’espace, resteraient congelées, tandis que l’intérieur serait trop chaud. Il faut que l’eau amène sa chaleur moins d’un mètre sous l’épiderme pour assurer un échange correct. L’Arche est formée d’une tubulure de bois mouillé recouvert d’une brasse de bitume qui la calfate.
Il faut également amener la chaleur depuis le centre, c’est le rôle de la paroi rayonnante. Ses fibres sont disposées en soleil, tombant du moyeu sur près de 4800 mètres de hauteur. De la même façon que pour les semelles, les fibres forment des boucles reliant une succession de 24 peignes à cavalier pour éviter les trop longues portées.
9)Peut on calculer la production de CO2 et d O2 par une plante et savoir quelle quantité d O2 est respiré par un être humain ?
Le rendement global de la photosynthèse de la biomasse (transformation de l'énergie lumineuse de spectre solaire en énergie chimique sous forme de biomasse) est de l'ordre 3 à 6% (8% au max pour la canne à sucre).
http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthetic_efficiency
Pour la production quantitative d'O2 je n'ai pas les chiffre, voir pour commencer ici (pour avoir les mots clés d'une recherche) :
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photos ... mesure.htm
10)Peut on utiliser le CO2 et l O2 s'il y a en excédent à d'autres applications ?
L'O2 produite sert déjà à former l'atmosphère de l'Arche. Et le CO2 est consommé pour former la biomasse.
11)Dans l'arche, comment avais tu prévu que les archonautes se nourrissent ?
- le Moyeu est entouré d'une chemise d'eau dans laquelle ont peut faire croitre de la biomasse et une petite faune (crustacés ou autre) à haut rendement. On peut également faire pousser de la biomasse à la surface des océan sous les hexagones de l'Arche.
La base de l'alimentation devrait en provenir, sous forme de farines et d'huiles diverses.
- comme évoqué plus haut on peut également tirer des protéines animale de la faune des torons.
- une petite partie de la surface habitable (< 10%) pourrait être mise en culture (arboriculture essentiellement).
- réduction de l'élevage et de la production céréalière à la portion congrue.
a+
1) Apparemment, il n'est pas possible de faire un "vaisseau" de plus petit échelle ? Si on colonise, il faut au minimum 1000 colons, si j'ai bien lu.
On peut facilement diviser par 20 la masse de l'Arche (de 20 à 1 Gt), je pense, sans changer énormément le concept.
1) Qu’est que le CHON ?
Ce sont les éléments majoritaires constitutifs de la matière vivantes.
C : Carbone
H : Hydrogène
O : Oxygène
N : Azote
2) Comment « préviennent » elles ?
La propagation d"une rupture dans un matériau fibreux se fait de façon progressive car la fissure ne peut se propager que sur de petites distances avant d'arriver à une interface (la surface d'une fibre) qui l'arrête. Une corde soumise à une charge de rupture voit ses brins les plus fragile rompre les premiers, ce qui libère de l'énergie, sous forme sonore notamment. On sent qu'on arrive à la rupture simplement à l'oreille.
2) Comment est produit l’épiderme cohésif de cellules mortes ?
3)La matrice caoutchouteuse entoure l’ensemble ? J’ai du mal à visualiser. Ce serait quelque chose à mettre en place dans le vide spatiale ? Cette matrice ? Elle serait extensible ? (une image, un graphique présentant la chose)
L'épiderme est formée des cellules périphériques qui meurent en étant soumises au vide spatial voir simplement à l'air. L'idée est que la cellule avant de mourir mobilise son métabolisme dans la production d'un genre de latex ou de bitume très visqueux et étanche. Cette couche poisseuse peut être étirée et coule naturellement à travers toutes les fissures qui pourraient être provoquées par un mouvement d'étirement ou de torsion de la paroi.
4)Qu’appelles tu par petit corps pour y prélever : H2O, CO2, azote, phosphore… ?
Les petits corps regroupent les astéroïdes et les comètes. S'ils se sont formés au delà de la "limite des glaces" (snow line), c'est à dire à une distance suffisante du Soleil pour que les éléments volatiles puissent subsister sous forme solide, ils seront formés majoritairement d'eau.
Voir l'article "Sacrifions Patrocle !"
5)L’énergie solaire, c’est donc celle du soleil ?
Oui, on utilise l'énergie solaire pour la croissance de l'Arche.
6)Tu parles d’assurer l’énergie d’entretien sous forme lumineuse de quoi s’agit il ?
On utilise encore la fusion thermonucléaire pour produire de l'électricité dans le moyeu de l'Arche. La lumière est produite par des diodes électroluminescentes (c'est à dire pas de façon thermique). Elle est diffusée de jour au sein de la structure et de nuit dans la lumière aqueuse des torons des parois.
Production d'énergie électrique
Production de lumière
Citer:
Citation:
La structure grandit sur une orbite intérieure en utilisant l’énergie solaire, depuis un stade embryonnaire jusqu’à sa dimension adulte kilométrique, en deux ou trois siècles.
La structure grandit sur une orbite intérieure en utilisant l’énergie solaire, depuis un stade embryonnaire jusqu’à sa dimension adulte kilométrique, en deux ou trois siècles.
7)Est il possible de faire croître le végétal de façon plus rapide ?
Je n'ai pas tenté de calculs précis pour estimer la vitesse de croissance. Donc à voir...
On peut probablement améliorer le rendement de croissance par génie génétique, notamment pour éliminer la photorespiration. Mais sur le système de base (chloroplastique), on a affaire à un mécanisme optimisé depuis plusieurs milliards d'années !
quel type de végétal serait utilisé pour constituer la structure du vaisseau ?Il s'agit d'une cellule végétale ad hoc, forcément.
L’Arche est une grande cellule formée de torons végétaux creux, laissant circuler en leur sein l’eau, les nutriments et la lumière qui assurent la vie et la croissance. Comme tous les végétaux, l’Arche est avant tout une surface développée englobant un grand volume. Mais contrairement aux végétaux terrestres, elle n’a pas son feuillage développé dans l’espace extérieur, qui est vide et hostile dans son cas. Toute sa partie assimilatrice est regroupée dans la face interne de ses fibres. Chaque toron est formé d’un enlacement hélicoïdal de tiges étroitement serrées les unes contre les autres et assurant l’étanchéité grâce au latex noir, plastique et collant issu de l’éclatement de cellules mortes suite au contact de leur surface avec le vide. L’ensemble forme une corde à âme creuse, au sein de laquelle chaque tige projette des radicelles photosynthétiques flottant dans le courant d’eau nutritif et lumineux.
La tension au sein du toron et son degré d’enroulement agit en retour sur le débit de fluide à l’intérieur de la radicelle, qui s’insère perpendiculairement au sens de la fibre. Cette disposition contrôle la croissance de l’Arche. Tant que la tension reste en dessous d’un seuil, la fibre est alimentée et croit. Quand la masse et le diamètre de l’Arche ont atteint une certaine valeur, les forces de compression s’exerçant sur les radicelles bloquent le flux nutritifs et empêchent la poursuite de la croissance, n’autorisant plus que l’entretient. Il est en effet important que l’Arche s’arrête naturellement de pousser quand elle a atteint sa taille adulte. En outre, la conductivité radiale de l‘eau au sein des radicelles est progressivement ralentie par la pression additionnée des fibres qui l’enserrent, et la périphérie est moins alimentée que le centre. Cela génère un asphyxie des zones les plus périphériques du toron et les cellule de ces fibres vont en mourant hydrolyser leur contenu protéique et générer le latex sombre, solide et étanche qui assure sa protection par une polymérisation naturelle de ses monomères sous l’effet des protons qui baignent l’univers d’un flot constant. L’Arche est durcie au feu du rayonnement cosmique. Au départ, cela se produit avec perte d’eau jusqu’à ce que cette couche atteigne une certaine épaisseur et forme une croûte étanche permanente. Dans les couches de torons inférieurs, le latex est peu réticulé et s’écoule lentement à travers les entrecroisements des mailles de la paroi.
La faune brouteuse et, bien sûr, le degré d’éclairement sont une autre façon de réguler sa croissance et son développement, en contrôlant son alimentation.
Les torons de l’Arche sont soumis à un cycle d’éclairement contra cyclique avec celui de la surface intérieure. Quand il fait jour pour les hommes dans l’Arche, l’intra parois est dans l’obscurité. Quand la nuit tombe, la lumière illumine à nouveau les innombrables tubes d’eau pour nourrir le grand vaisseau. La production électrique est assurée par une batterie de 24 réacteurs à fusion, fournissant une moyenne de 130 GW électriques. L’alternance dans l’éclairement des fibres et de l’intérieur permet une production de puissance électrique sans à coup.
Il y a deux systèmes de parois, perpendiculaire l’une à l’autre : la parois cylindrique et la parois rayonnante. La paroi cylindrique est la plus épaisse, c’est la semelle de l’Arche sur laquelle s’applique l’essentiel des forces de tension. Elle est formée de 10 épaisseurs de fibres superposées, de 4,50 mètre de rayon chacune (soit une épaisseur de 40 m en tenant compte qu’elles forment un empilement compact en étant disposées en quinconce). L’épaisseur de la semelle est augmentée par l’intercalation des parois rayonnantes, formant les joues de l’Arche.
motif 4-2-4.
La paroi rayonnante est formée de deux épaisseurs séparées par un vide d’environ 30 mètres de largeur. Chaque épaisseur est formée de deux couches de fibres, soit 8 m d’épaisseur.
La double parois fait au total 45 m d’épaisseur, avec son vide central. La semelle, compte tenu de l’intercalation de deux couche de 8m chacune, fait plus de 50 mètres d’épaisseur.
Le périmètre de l’Arche fait plus de 30 km. Les torons de la semelle ne sont pas d’un seul tenant sur une telle longueur. Ils s’enroulent autours d’une série de 60 peignes en carbone, perpendiculaires au périmètre de la semelle, en disposition étagée. Les torons forment des boucles fermées autours d’énormes cavaliers disposés les uns à côté des autres sur le peigne. De la sorte, leur portée ne dépasse pas 500 m, soit une longueur totale de l’ordre de 1 km, en comptant la boucle complète. On ne peut guère compter étendre au delà une fibre vivante aussi chargée en tension. Un tel cloisonnement est également d’un grand intérêt pour éviter la progression des épidémies virales, fongique, bactériennes et la prolifération des divers ravageurs qui pourraient s’attaquer aux tissus vivant des parois. Mais cela ne signifie pas que l’intérieur des torons soit stérile, bien au contraire. Ils sont peuplés d’une faune planctonique, de vers, de crustacés, de mollusque et de poissons adaptés aux différentes conditions de salinité, de températures et de pression qui règnent dans leur sein. C’est une source importante de protéines pour les archonautes. Au contact entre le toron et le cavalier, sur la surface intérieure de celui-ci, une fenêtre circulaire s’ouvre à travers la paroi du toron. C’est par ouverture qu’un humain peut s’introduire après avoir passer un sas et circuler en scaphandre dans le conduit intérieur. C’est par aussi là aussi que sont introduites l’eau et la lumière. La fibre est éclairée par un faisceau de fibres optiques munies de diffuseurs à intervalles réguliers, tendues dans l’axe. L’intérieur du peigne est creux et sert d’échangeur de chaleur, car la Paroi à aussi fonction de radiateur. Les 200 GW thermiques nécessaires à la production de l’électricité puis de la lumière qui éclaire l’Arche doivent être évacués dans le Grand Extérieur. La seule façon de le faire est de les convertir en photons que l’on disperse dans l’espace. L’Arche doit rayonner il pour cela elle doit être chaude en surface. Il faut maintenir épiderme de l’Arche à environ 13°C. Si l’eau n’y circulait pas, il serait impossible de faire passer la chaleur dans cette peau d’éléphant végétale. Les fibres extérieures, en contact avec l’espace, resteraient congelées, tandis que l’intérieur serait trop chaud. Il faut que l’eau amène sa chaleur moins d’un mètre sous l’épiderme pour assurer un échange correct. L’Arche est formée d’une tubulure de bois mouillé recouvert d’une brasse de bitume qui la calfate.
Il faut également amener la chaleur depuis le centre, c’est le rôle de la paroi rayonnante. Ses fibres sont disposées en soleil, tombant du moyeu sur près de 4800 mètres de hauteur. De la même façon que pour les semelles, les fibres forment des boucles reliant une succession de 24 peignes à cavalier pour éviter les trop longues portées.
9)Peut on calculer la production de CO2 et d O2 par une plante et savoir quelle quantité d O2 est respiré par un être humain ?
Le rendement global de la photosynthèse de la biomasse (transformation de l'énergie lumineuse de spectre solaire en énergie chimique sous forme de biomasse) est de l'ordre 3 à 6% (8% au max pour la canne à sucre).
http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthetic_efficiency
Pour la production quantitative d'O2 je n'ai pas les chiffre, voir pour commencer ici (pour avoir les mots clés d'une recherche) :
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photos ... mesure.htm
10)Peut on utiliser le CO2 et l O2 s'il y a en excédent à d'autres applications ?
L'O2 produite sert déjà à former l'atmosphère de l'Arche. Et le CO2 est consommé pour former la biomasse.
11)Dans l'arche, comment avais tu prévu que les archonautes se nourrissent ?
- le Moyeu est entouré d'une chemise d'eau dans laquelle ont peut faire croitre de la biomasse et une petite faune (crustacés ou autre) à haut rendement. On peut également faire pousser de la biomasse à la surface des océan sous les hexagones de l'Arche.
La base de l'alimentation devrait en provenir, sous forme de farines et d'huiles diverses.
- comme évoqué plus haut on peut également tirer des protéines animale de la faune des torons.
- une petite partie de la surface habitable (< 10%) pourrait être mise en culture (arboriculture essentiellement).
- réduction de l'élevage et de la production céréalière à la portion congrue.
a+
Waldham le 14 Octobre 2009 08:40
12) Comment accroître la vitesse ?
Il n'y a vraiment que deux manettes données par l'équation de Tsiolkowski (version logarithmique de la formule employée pour calculer la masse de carbuirant nécessaire). La propulsion spatiale, c'est très simple au fond...
Δv = ve. ln(m0/m)
Δv est l'accroissement de vitesse procuré par le carburant
on peut l'augmenter :
1/ par l'habilité technologique : par la vitesse d'éjection du carburant ve, qui signe le niveau technologique de la propulsion (au max envisageable : la vitesse de la lumière c).
2/ de façon plus brutale (mais efficace) : en augmentant le ratio entre la masse de départ et celle d'arrivée, m0/m, en rapport logarithmique (c'est le point délicat pour des 5e mais c'est quand même obligatoire de leur expliquer, ne serait ce qu'avec les mains) soit : augmenter la quantité de carburant allouée à chaque kg de bagages qu'on met dans le vaisseau. Comme c'est un log (tracer un log au tableau), l'augmentation du Δv est paresseuse et il faut des quantités très substancielles de carburant pour aboutir à des vitesses vraiment plus élevées.
Dans la masse m il y a également les moteurs. Il faut qu'ils décernent l'accélération la plus foudroyante possible (c'est à dire du plus grand débit de masse sur la plus petite durée et avec une vitesse maximale d'éjection) tout en restant eux même légers. On en revient au point 1/ : le ratio puissance/masse (en W/kg) de la masse allouée à la propulsion (moteur + réservoir) est donc un facteur déterminant de l'entreprise. Ce ration W/kg dépend en plus bien entendu de la densité énergétique du carburant.
Bref, c'est une pure question énergétique. La consommation d'une Arche de 20 Gt pour sa propulsion est quelque chose de difficilement imaginable selon nos standards actuels.
Dans le schéma retenu par l'article à savoir : 20 Gt propulsé à la vitesse de 4500 km/s puis freinés jusqu'à la vitesse nulle, en 100 ans de fonctionnement moteur cumulés, la puissance moyenne requise pour les moteurs dans leur phase active est de 4.1018 W. La puissance énergétique de l'humanité en 2010 est de l'ordre de 1,4.1013 W. Amener l'Arche à cette vitesse dans ce délais nécessite de déchainer une puissance 285 000 fois supérieure à celle que produit l'humanité actuelle.
A noter que cette puissance ne dépend aucunement de la distance, mais simplement comme on l'a vu de la masse, du Δv, de la densité énergétique permise par la propulsion à fusion (qui conditionne la vitesse d'éjection et le ratio m0/m).
A noter également que la puissance consacrée à l'entretien de la structure, c'est à dire essentiellement à l'ensoleillement de l'environnement (125 GW soit environ 2 fois la puissance électrique de la France) est tout à fait négligeable, comparée à celle exigée par la propulsion. D'un rapport trente deux millions... Et sur les 750 ans de trajet, les moteurs éteint pendant plus de 650 ans, l'Arche aura dépensé deux millions et demi plus d'énergie à se propulser qu'à entretenir la vie de la structure.
A noter pour finir que, dans ce sous-total déjà "négligeable" de l'énergie consommée hors propulsion, la consommation anthropique : industrie, loisirs, transport, consommation domestique... représente un tout petit 0,4%, soit 500 MW (en comptant 10 kW par habitant, la consommation française ramenée au nombre d'habitant étant de 6 kW).
13) comment sont prélevés les éléments nécessaires sur les comètes et les astéroïdes ? ces petits corps sont ils en général près de la terre ?
j'ai trouvé ma réponse ici :
sacrifions patrocle (indiqué par toi)
Oui, ce serait amusant je pense de leur faire refaire les ratio pour passer de la composition chimique des petits corps à celle de l'Arche (manipulation de fraction). Pareil pour la vitesse de croissance permise par le taux d'extraction de la matière. Combien de machine construire ?
14) est ce que l'arche peut se déplacer sans sa coque végétal jusqu'à Jupiter ? quel serait sa vitesse et le temps nécessaire pour arriver là bas ? les archonautes pourraient ils vivre dans l'arche pendant la durée du voyage jusqu'à Jupiter ?
L'Arche sans coque végétale, c'est juste le Moyeu. On peut également y aller avec l'Arche tout entière mais dans mon idée, on peut désacoupler "facilement" les deux.
le Moyeu
Au centre de l’Arche une énorme bague métallique épaisse et allongée, le Moyeu, assure l’ensemble de la production industrielle, en micro pesanteur. C’est là qu’est produit l’énergie ainsi qu’une grosse partie de l’alimentation humaine et animale, et presque toute la production électronique et mécanique. C’est là que se trouve le majeur parti des machines de l’Arche.
La bague centrale du Moyeu fait 1300 m de longueur, pour 700 m de diamètre extérieur et 480m de diamètre intérieur, soit une épaisseur de 110 m. Elle comporte une vingtaine de niveaux coaxiaux, chacun d’une hauteur moyenne de 6 m ce qui représentent une surface développées praticable d’environ 100 km².
Le Moyeu peut suffire à abriter la totalité de la population pendant au moins un siècle, dans des conditions un peu spartiates mais supportables. C’est l’arche de secours de l’Arche, au cas où la structure végétale serait ruinée par le Cataclysme Insurmontable, qui forme l’alpha et l’oméga de toutes les craintes sur le futur.
La bague cylindrique du Moyeu est tout entière tapissée d’une chemise d’eau dans laquelle se développent en condition optimales de température et de luminosité, des algues nutritives et une microfaune aquatique. Cela représente une surface d’environ 500 ha, qui satisfont à eux seuls les 2/3 des besoins nutritifs des archonautes, sous la forme de chairs, de sucs, de farines et d’huile de plusieurs variétés et accommodés de toutes les façons.
----
Donc : pour aller sur Jupiter, en résumé on peut y aller des deux façons. Mais c'est plus rapide avec juste le Moyeu.
Dans ce cas, il faudrait laisser l'Arche en alimentation solaire (avec de grand miroir pour recueillir la lumière et l'injecter dans les torons). Afin d'améliorer la viabilité du "petit vaisseau" constitué par le Moyeu en mouvement, il serait sans doute nécessaire d'en accélérer la vitesse de rotation pour aboutir à une pesanteur acceptable au moins en périphérie (le Moyeu constituant alors un genre de mini-cylindre d'O'Neill
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cylindre_O%27Neill.
On peut peut être imaginer un genre de grand tour du système solaire à accélération maximale pour réaliser les ultimes essais moteurs (une dizaine d'année ? pas fais le calcul)
15) J'ai du mal à visionner ta description fourni, as tu un dessin sous la main reprenant ses diverses mesures, et la disposition ?
C'est un vieux dessin, il y aurait sans doute à revenir dessus mais dans l'idée, voici une vue en coupe du retombé des fibres rayonnantes (en brun pour l'extérieur et en vert clair pour l'intérieur) et de leur intrication avec les fibre périmétriques (les petits disque brun clair, vue en coupe). En bleu, l'océan (30 m de profondeur ici, 25 m plus raisonnablement) :
16) comment les torons poussent ils avant que la matrice de cellules mortes se forment ?
La couche de cellule morte forme l'écorce de chaque brin de chaque fibre. Chaque fibre individuellement peut se développer dans le vide. Par contre le bitume produit s'accumule en couche plus épaisse (~80 cm ?) a l'extérieur.
17) quand tu me réponds cellule végétale ad hoc, c'est formé dans ce but précis (génétiquement) ?
Oui. En mais utilisant au maximum les tropismes fondamentaux des fibres naturelles. Une sorte de cuisine génétique d'assemblage pour former une cellule totalement cohérente dans ses fondamentaux structurels et métabolique par rapport au but poursuivis. Un maitre mot : résistance. Aux effort mécaniques structurels comme accidentels, aux risque physico-chimique (écart de température, de pression, présence de toxiques, rupture d'alimentation...) et biologiques (ravageur, maladie fongique et bactérienne).
18) si l'arche est 20 fois plus petite, cela permet il à l'arche de se déplacer plus vite, en moins de temps ? La coque végétale de l'arche demandera moins de temps à croître ?
Pour la vitesse, comme dit, à techno fixée, c'est m0/m qui gouverne
Pour la durée de croissance, oui, sans aucun doute ce sera plus court. Mais je ne sais exactement de combien (faudrait modéliser la croissance, qui devrait former un joli sigmoïde).
19) Quel nombre d'archonautes peut elle contenir à cette taille ?
Ben ça peut dépendre. C'est sans doute la donnée la plus fondamentale et la moins bien fixée de la réflexion : quelle densité humaine dans l'Arche ?
a+
Il n'y a vraiment que deux manettes données par l'équation de Tsiolkowski (version logarithmique de la formule employée pour calculer la masse de carbuirant nécessaire). La propulsion spatiale, c'est très simple au fond...
Δv = ve. ln(m0/m)
Δv est l'accroissement de vitesse procuré par le carburant
on peut l'augmenter :
1/ par l'habilité technologique : par la vitesse d'éjection du carburant ve, qui signe le niveau technologique de la propulsion (au max envisageable : la vitesse de la lumière c).
2/ de façon plus brutale (mais efficace) : en augmentant le ratio entre la masse de départ et celle d'arrivée, m0/m, en rapport logarithmique (c'est le point délicat pour des 5e mais c'est quand même obligatoire de leur expliquer, ne serait ce qu'avec les mains) soit : augmenter la quantité de carburant allouée à chaque kg de bagages qu'on met dans le vaisseau. Comme c'est un log (tracer un log au tableau), l'augmentation du Δv est paresseuse et il faut des quantités très substancielles de carburant pour aboutir à des vitesses vraiment plus élevées.
Dans la masse m il y a également les moteurs. Il faut qu'ils décernent l'accélération la plus foudroyante possible (c'est à dire du plus grand débit de masse sur la plus petite durée et avec une vitesse maximale d'éjection) tout en restant eux même légers. On en revient au point 1/ : le ratio puissance/masse (en W/kg) de la masse allouée à la propulsion (moteur + réservoir) est donc un facteur déterminant de l'entreprise. Ce ration W/kg dépend en plus bien entendu de la densité énergétique du carburant.
Bref, c'est une pure question énergétique. La consommation d'une Arche de 20 Gt pour sa propulsion est quelque chose de difficilement imaginable selon nos standards actuels.
Dans le schéma retenu par l'article à savoir : 20 Gt propulsé à la vitesse de 4500 km/s puis freinés jusqu'à la vitesse nulle, en 100 ans de fonctionnement moteur cumulés, la puissance moyenne requise pour les moteurs dans leur phase active est de 4.1018 W. La puissance énergétique de l'humanité en 2010 est de l'ordre de 1,4.1013 W. Amener l'Arche à cette vitesse dans ce délais nécessite de déchainer une puissance 285 000 fois supérieure à celle que produit l'humanité actuelle.
A noter que cette puissance ne dépend aucunement de la distance, mais simplement comme on l'a vu de la masse, du Δv, de la densité énergétique permise par la propulsion à fusion (qui conditionne la vitesse d'éjection et le ratio m0/m).
A noter également que la puissance consacrée à l'entretien de la structure, c'est à dire essentiellement à l'ensoleillement de l'environnement (125 GW soit environ 2 fois la puissance électrique de la France) est tout à fait négligeable, comparée à celle exigée par la propulsion. D'un rapport trente deux millions... Et sur les 750 ans de trajet, les moteurs éteint pendant plus de 650 ans, l'Arche aura dépensé deux millions et demi plus d'énergie à se propulser qu'à entretenir la vie de la structure.
A noter pour finir que, dans ce sous-total déjà "négligeable" de l'énergie consommée hors propulsion, la consommation anthropique : industrie, loisirs, transport, consommation domestique... représente un tout petit 0,4%, soit 500 MW (en comptant 10 kW par habitant, la consommation française ramenée au nombre d'habitant étant de 6 kW).
13) comment sont prélevés les éléments nécessaires sur les comètes et les astéroïdes ? ces petits corps sont ils en général près de la terre ?
j'ai trouvé ma réponse ici :
sacrifions patrocle (indiqué par toi)
Oui, ce serait amusant je pense de leur faire refaire les ratio pour passer de la composition chimique des petits corps à celle de l'Arche (manipulation de fraction). Pareil pour la vitesse de croissance permise par le taux d'extraction de la matière. Combien de machine construire ?
14) est ce que l'arche peut se déplacer sans sa coque végétal jusqu'à Jupiter ? quel serait sa vitesse et le temps nécessaire pour arriver là bas ? les archonautes pourraient ils vivre dans l'arche pendant la durée du voyage jusqu'à Jupiter ?
L'Arche sans coque végétale, c'est juste le Moyeu. On peut également y aller avec l'Arche tout entière mais dans mon idée, on peut désacoupler "facilement" les deux.
le Moyeu
Au centre de l’Arche une énorme bague métallique épaisse et allongée, le Moyeu, assure l’ensemble de la production industrielle, en micro pesanteur. C’est là qu’est produit l’énergie ainsi qu’une grosse partie de l’alimentation humaine et animale, et presque toute la production électronique et mécanique. C’est là que se trouve le majeur parti des machines de l’Arche.
La bague centrale du Moyeu fait 1300 m de longueur, pour 700 m de diamètre extérieur et 480m de diamètre intérieur, soit une épaisseur de 110 m. Elle comporte une vingtaine de niveaux coaxiaux, chacun d’une hauteur moyenne de 6 m ce qui représentent une surface développées praticable d’environ 100 km².
Le Moyeu peut suffire à abriter la totalité de la population pendant au moins un siècle, dans des conditions un peu spartiates mais supportables. C’est l’arche de secours de l’Arche, au cas où la structure végétale serait ruinée par le Cataclysme Insurmontable, qui forme l’alpha et l’oméga de toutes les craintes sur le futur.
La bague cylindrique du Moyeu est tout entière tapissée d’une chemise d’eau dans laquelle se développent en condition optimales de température et de luminosité, des algues nutritives et une microfaune aquatique. Cela représente une surface d’environ 500 ha, qui satisfont à eux seuls les 2/3 des besoins nutritifs des archonautes, sous la forme de chairs, de sucs, de farines et d’huile de plusieurs variétés et accommodés de toutes les façons.
----
Donc : pour aller sur Jupiter, en résumé on peut y aller des deux façons. Mais c'est plus rapide avec juste le Moyeu.
Dans ce cas, il faudrait laisser l'Arche en alimentation solaire (avec de grand miroir pour recueillir la lumière et l'injecter dans les torons). Afin d'améliorer la viabilité du "petit vaisseau" constitué par le Moyeu en mouvement, il serait sans doute nécessaire d'en accélérer la vitesse de rotation pour aboutir à une pesanteur acceptable au moins en périphérie (le Moyeu constituant alors un genre de mini-cylindre d'O'Neill
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cylindre_O%27Neill.
On peut peut être imaginer un genre de grand tour du système solaire à accélération maximale pour réaliser les ultimes essais moteurs (une dizaine d'année ? pas fais le calcul)
Citer:
Il y a deux systèmes de parois, perpendiculaire l’une à l’autre : la parois cylindrique et la parois rayonnante. La paroi cylindrique est la plus épaisse, c’est la semelle de l’Arche sur laquelle s’applique l’essentiel des forces de tension. Elle est formée de 10 épaisseurs de fibres superposées, de 4,50 mètre de rayon chacune (soit une épaisseur de 40 m en tenant compte qu’elles forment un empilement compact en étant disposées en quinconce). L’épaisseur de la semelle est augmentée par l’intercalation des parois rayonnantes, formant les joues de l’Arche.
motif 4-2-4.
La paroi rayonnante est formée de deux épaisseurs séparées par un vide d’environ 30 mètres de largeur. Chaque épaisseur est formée de deux couches de fibres, soit 8 m d’épaisseur.
La double parois fait au total 45 m d’épaisseur, avec son vide central. La semelle, compte tenu de l’intercalation de deux couche de 8m chacune, fait plus de 50 mètres d’épaisseur.
Le périmètre de l’Arche fait plus de 30 km. Les torons de la semelle ne sont pas d’un seul tenant sur une telle longueur. Ils s’enroulent autours d’une série de 60 peignes en carbone, perpendiculaires au périmètre de la semelle, en disposition étagée. Les torons forment des boucles fermées autours d’énormes cavaliers disposés les uns à côté des autres sur le peigne. De la sorte, leur portée ne dépasse pas 500 m, soit une longueur totale de l’ordre de 1 km, en comptant la boucle complète.
motif 4-2-4.
La paroi rayonnante est formée de deux épaisseurs séparées par un vide d’environ 30 mètres de largeur. Chaque épaisseur est formée de deux couches de fibres, soit 8 m d’épaisseur.
La double parois fait au total 45 m d’épaisseur, avec son vide central. La semelle, compte tenu de l’intercalation de deux couche de 8m chacune, fait plus de 50 mètres d’épaisseur.
Le périmètre de l’Arche fait plus de 30 km. Les torons de la semelle ne sont pas d’un seul tenant sur une telle longueur. Ils s’enroulent autours d’une série de 60 peignes en carbone, perpendiculaires au périmètre de la semelle, en disposition étagée. Les torons forment des boucles fermées autours d’énormes cavaliers disposés les uns à côté des autres sur le peigne. De la sorte, leur portée ne dépasse pas 500 m, soit une longueur totale de l’ordre de 1 km, en comptant la boucle complète.
15) J'ai du mal à visionner ta description fourni, as tu un dessin sous la main reprenant ses diverses mesures, et la disposition ?
C'est un vieux dessin, il y aurait sans doute à revenir dessus mais dans l'idée, voici une vue en coupe du retombé des fibres rayonnantes (en brun pour l'extérieur et en vert clair pour l'intérieur) et de leur intrication avec les fibre périmétriques (les petits disque brun clair, vue en coupe). En bleu, l'océan (30 m de profondeur ici, 25 m plus raisonnablement) :
16) comment les torons poussent ils avant que la matrice de cellules mortes se forment ?
La couche de cellule morte forme l'écorce de chaque brin de chaque fibre. Chaque fibre individuellement peut se développer dans le vide. Par contre le bitume produit s'accumule en couche plus épaisse (~80 cm ?) a l'extérieur.
17) quand tu me réponds cellule végétale ad hoc, c'est formé dans ce but précis (génétiquement) ?
Oui. En mais utilisant au maximum les tropismes fondamentaux des fibres naturelles. Une sorte de cuisine génétique d'assemblage pour former une cellule totalement cohérente dans ses fondamentaux structurels et métabolique par rapport au but poursuivis. Un maitre mot : résistance. Aux effort mécaniques structurels comme accidentels, aux risque physico-chimique (écart de température, de pression, présence de toxiques, rupture d'alimentation...) et biologiques (ravageur, maladie fongique et bactérienne).
18) si l'arche est 20 fois plus petite, cela permet il à l'arche de se déplacer plus vite, en moins de temps ? La coque végétale de l'arche demandera moins de temps à croître ?
Pour la vitesse, comme dit, à techno fixée, c'est m0/m qui gouverne
Pour la durée de croissance, oui, sans aucun doute ce sera plus court. Mais je ne sais exactement de combien (faudrait modéliser la croissance, qui devrait former un joli sigmoïde).
19) Quel nombre d'archonautes peut elle contenir à cette taille ?
Ben ça peut dépendre. C'est sans doute la donnée la plus fondamentale et la moins bien fixée de la réflexion : quelle densité humaine dans l'Arche ?
a+
Waldham le 20 Octobre 2009 10:23
L'image que tu as mis au dessus pour la représentation n'est pas visible.
Programme Physique-Chimie (5ème)
Pour les questions suivantes, je cherche les informations en rapport avec le thème abordé : chiffres, liens et sites internets, les formules de calculs existants toujours dans l'optique que cela soit accessible à des cinquièmes.
1) L'arche et les chiffres clés :
_ masse de l'arche
_ masse de carburant
_ vitesse de croisière
_ surface habitable
2) L'arche peut elle profiter des attractions des planètes pour gagner de la vitesse ?
3) Est il possible de calculer la vitesse de l'arche sans passer par l'exponentielle ? Ou faire un calcul de vitesse moyenne ?
4) Eau : je cherche la quantité d'eau consommée par un être humain pour faire des calculs par rapport à la population. cela impliquerait l'eau potable que l'utilisation de l'eau dans d'autres domaines.
5) Nourriture : je cherche la quantité de nourriture consommée par un être humain, et le cas échéant les déchets qui peuvent en résulter ?
6) Déchets : déchets produits par un être humain, recyclage de l'eau, recyclage des déchets.
Le concept de l'arche par son aspect végétal me plait, ça me fait penser à vaisseau spatial écolo.
Je suis en train de chercher des infos pour tout ce qui est lié aux déchets, aux économies d'énergie, énergies et matières renouvelables.
Programme Physique-Chimie (5ème)
Pour les questions suivantes, je cherche les informations en rapport avec le thème abordé : chiffres, liens et sites internets, les formules de calculs existants toujours dans l'optique que cela soit accessible à des cinquièmes.
1) L'arche et les chiffres clés :
_ masse de l'arche
_ masse de carburant
_ vitesse de croisière
_ surface habitable
2) L'arche peut elle profiter des attractions des planètes pour gagner de la vitesse ?
3) Est il possible de calculer la vitesse de l'arche sans passer par l'exponentielle ? Ou faire un calcul de vitesse moyenne ?
4) Eau : je cherche la quantité d'eau consommée par un être humain pour faire des calculs par rapport à la population. cela impliquerait l'eau potable que l'utilisation de l'eau dans d'autres domaines.
5) Nourriture : je cherche la quantité de nourriture consommée par un être humain, et le cas échéant les déchets qui peuvent en résulter ?
6) Déchets : déchets produits par un être humain, recyclage de l'eau, recyclage des déchets.
Le concept de l'arche par son aspect végétal me plait, ça me fait penser à vaisseau spatial écolo.
Je suis en train de chercher des infos pour tout ce qui est lié aux déchets, aux économies d'énergie, énergies et matières renouvelables.
Waldham le 20 Octobre 2009 15:24
Déchets
Traitements thermiques
Incinération
L'incinération est un traitement basé sur la combustion avec excès d'air. Ce mode de traitement est complémentaire à la prévention et au recyclage et représente une alternative à l'enfouissement en installation de stockage. Les risques sanitaires des populations exposées aux retombées atmosphériques des incinérateurs aujourd'hui en fonctionnement sont faibles. Il n'y a pas d'argument solide à ce jour permettant de conclure à un risque accru de cancer (quel qu'en soit le type) pour les résidents à proximité d'un incinérateur.
· Les avantages de l'incinération
- traitement adapté à toutes sortes de déchets (dangereux et non dangereux, solides et liquides) contrairement aux autres modes de valorisation (traitement biologique par exemple) ;
- diminue fortement le volume des déchets (90 % de réduction environ) et leur masse (70 % environ) ;
- l'incinération permet de tirer le meilleur parti du contenu énergétique des déchets en produisant de la chaleur susceptible d'alimenter un réseau de chaleur urbain et/ou d'être transformée en électricité.
L'incinération contribue à minimiser les consommations de ressources énergétiques et certains impacts environnementaux tels que l'effet de serre du fait notamment de la valorisation énergétique. L'incinération émet moins de gaz à effet de serre que le stockage, qui a inévitablement des fuites de méthane (puissant gaz à effet de serre) issu de la dégradation des déchets organiques.
Selon les équipements mis en place, l'incinération permet de récupérer les métaux ferreux et non ferreux (contenu initialement dans les déchets) et de les valoriser.
· Les inconvénients de l'incinération
- l'incinération contribue à l'émission de polluants dans l'atmosphère, dont les quantités sont limitées par la mise en place d'un système de traitement des fumées et suivies par la mise en place obligatoire d'un programme de surveillance ;
- l'incinération génère des déchets classés dangereux (résidus d'épuration des fumées) à éliminer dans des installations de stockage de déchets dangereux (classe 1) ;
- l'incinération génère des mâchefers qui sont les résidus solides obtenus après combustion. Les mâchefers sont des déchets non dangereux qu'il est possible de valoriser en remblai ou sous-couche routière dans des conditions strictes définies par la réglementation ;
- selon les techniques choisies (neutralisation des gaz acides des fumées par voie sèche ou humide, recyclage interne total ou non des rejets liquides), l'incinération contribue dans certains cas à l'émission de polluants liquides dans le milieu naturel, dont les quantités sont encadrées par la réglementation.
· Les sous-produits générés
- les mâchefers récupérés en sortie de fours ;
- les résidus d'épuration des fumées ;
- les fumées épurées ;
- des rejets liquides éventuels suivant les installations ;
- des métaux ferreux et non ferreux valorisables suivant les installations ;
- de l'énergie thermique et/ou électrique suivant les installations.
· Le stockage et la préparation des déchets - l'alimentation du four
Les véhicules de collecte déchargent les déchets dans une fosse. Un grappin, se déplaçant à l'aide d'un pont roulant, assure la répartition homogène des déchets et alimente le four. Les déchets sont déversés dans la trémie d'alimentation, puis dans la chambre de combustion, par gravité ou à l'aide d'un poussoir. Dans le cas particulier des incinérateurs d'ordures ménagères à lit fluidisé, une étape supplémentaire de traitement est nécessaire afin d'homogénéiser la taille et la composition du déchet. Les techniques utilisées sont classiques et comprennent des broyeurs, des extracteurs de métaux, des séparateurs aéroliques ou densimétriques.
· La combustion
Le cycle de combustion est d'environ une heure et se décompose en 3 phases :
- séchage,
- combustion,
- extinction/évacuation des résidus solides (mâchefers).
La chambre de combustion comprend en général une grille qui assure l'avancement et le brassage des déchets. Les gaz du four sont brûlés totalement dans la chambre de post-combustion. Les conditions de température et de temps de séjour des gaz sont déterminantes pour l'optimisation de la combustion. Il existe différents types de four d'incinération : à grille, à rouleaux, oscillant, fixe ou à lit fluidisé. En 2005, la répartition du parc des usines d'incinération d'ordures ménagères (UIOM) est la suivante :
- le four à grille mobile ou à rouleaux est le type de four le plus répandu et équipe plus de 80 % des incinérateurs d'ordures ménagères en France (+ de 100 unités) ;
- le four oscillant équipe 16 incinérateurs d'ordures ménagères en France ;
- un incinérateur d'ordures ménagères (Tignes - 73) est équipé d'un four fixe ;
- 4 unités sont équipées de fours à lit fluidisé.
Dans ce cas, la combustion a lieu au sein d'un mélange de déchets et de sable maintenu en suspension par le l'air injecté sous-pression. Cette technique, qui nécessite des moyens supplémentaires importants (pré-traitement, instrumentation, charges d'exploitation), par rapport aux techniques classiques évoquées ci-dessus, reste aujourd'hui en France émergente pour le traitement des ordures ménagères. Pour le traitement des déchets homogènes tels que les boues, cette technique a démontré son intérêt.
· La récupération et la valorisation de la chaleur
La température des fumées est abaissée, par passage dans une chaudière, afin de pouvoir les traiter.D'environ 1000°C en sortie de four, elle est inférieure à 400°C à la sortie de la chaudière et à l'entrée du système de traitement des fumées. La vapeur ainsi produite au niveau de la chaudière peut ensuite être valorisée par 3 voies:
- valorisation thermique, par alimentation d'un réseau de chauffage urbain ou distribution à des entreprises et/ou établissements publics (rendement jusqu'à 90%),
- valorisation thermique et électrique (co-génération), par production de chaleur et d'électricité (rendement jusqu'à 80%),
- valorisation électrique, par transformation en électricité à l'aide d'un turboalternateur (rendement jusqu'à 35%).
· Le traitement des fumées
A la sortie de la chaudière, les fumées contiennent des polluants qu'il faut capter : poussières, gaz acides, métaux lourds et dioxines. Une installation de traitement de fumées comporte plusieurs modules :
- le dépoussiérage, par électrofiltre et/ou filtre à manches,
- la neutralisation des gaz acides, par voie sèche, semi-humide ou humide,
- le traitement des dioxines et furanes, par adsorption sur charbon actif par exemple ou par réduction sélective catalytique,
- le traitement des oxydes d'azote, par réduction sélective, soit catalytique, soit non catalytique
· L'évacuation et le traitement des résidus d'épuration des fumées
Les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets comprennent essentiellement :
- les cendres volantes,
- les résidus de neutralisation des fumées,
- les gâteaux de filtration des eaux de lavage des fumées,
- les cendres sous chaudière.
L'incinération d'une tonne d'ordures ménagères génère entre 15 et 40 kg environ de résidus selon le type de traitement des fumées.
Les résidus sont collectés et évacués du site pour élimination, voire pour une valorisation dans le cas de comblement de mines de sel.
Ces résidus doivent être stabilisés (solidification par liants hydraulique de type ciment) avant enfouissement en installation de stockage de déchets dangereux.
La vitrification est une alternative à la solution précédente (stabilisation + stockage) et consiste à transformer les résidus en matière solide vitreuse appelé "vitrifiat". Une seule unité, conçue et construite par la société Europlasma, est actuellement en fonctionnement en France à Bordeaux
· L'évacuation et le traitement des mâchefers
En sortie de four, des dispositifs d'extraction et d'extinction à l'eau des mâchefers sont d'abord nécessaires avant d'envisager leur traitement qui peut être réalisé sur le site d'incinération ou indépendamment sur un autre site. Le traitement des mâchefers comprend des opérations de manutention, de stockage temporaire, de traitement, de maturation, dans le but d'élaborer un produit valorisable en technique routière, pouvant se substituer à des granulats naturels de carrière.
Les mâchefers utilisés aujourd'hui en remplacement de granulats naturels n'entrainent pas d'impact environnemental significatif.
Le traitement a pour objectif d'obtenir un produit calibré de bonne qualité géotechnique. Les dispositifs de traitements sont des broyeurs, séparateurs granulométriques (cribles), extracteurs de métaux, séparateurs densimétriques et aéroliques.
La maturation quant à elle est une étape naturelle, sans intervention humaine, pendant laquelle le tas de mâchefers s'assèche, s'oxyde et se carbonate, améliorant ainsi ses propriétés.
S'ils ne sont pas valorisé, les mâchefers doivent être enfouis en installation de stockage de déchet non dangereux. Une attention particulière doit être apportée au suivi des impacts environnementaux des mâchefers valorisés en technique routière au moment de leur mise en oeuvre au niveau du chantier mais aussi à plus long terme.
Thermolyse (ou pyrolyse) et gazéification sont des procédés thermiques qui permettent de traiter des déchets contenant une fraction combustible. Ces procédés se caractérisent par un traitement qui est effectué soit en l'absence d'oxygène (cas de la pyrolyse) ou en présence d'une quantité réduite d'oxygène (gazéification).
Ces 2 familles de procédés conduisent à la production d'un gaz pauvre qui est le plus souvent valorisé (brûlé) sur site, sous faible excès d'air. Les fumées doivent être conformes à la réglementation en vigueur (identique à celle de l'incinération). L'épuration des fumées donne lieu à la production de résidus similaires à ceux produits par l'épuration des fumées d'incinération.
La pyrolyse génère un sous-produit solide (ou coke de pyrolyse) qui est constitué de la fraction incombustible du déchet traité (minéraux, métaux) ainsi qu'une fraction combustible (riche en carbone). Après séparation des métaux et épuration, ce sous-produit peut, sous certaines conditions, être valorisé énergétiquement sur le site de production, ou valorisé (matière ou énergie) dans un autre procédé.
La gazéification génère un sous-produit solide qui est également constitué de la fraction incombustible du déchet traité, mais qu'une très faible quantité de carbone (contrairement au résidu solide issu de la pyrolyse). Ce sous-produit après séparation des métaux, est susceptible, sous certaines conditions, d'être valorisé comme un mâchefer d'incinération, ou être vitrifié avant valorisation.
Oxydation hydrothermale
· Domaines d'application
Appliquée au traitement des déchets ou d’effluents, l’OHT est destinée à traiter des produits contenant une forte proportion d’eau. La particularité de ces procédés est qu’ils ne nécessitent pas l’évaporation de l’eau avant oxydation de la matière organique. L’oxydation est réalisée en phase liquide (par différence avec l’incinération). Elle permet de traiter des charges organiques difficilement traitables par voies biologiques (teneur en organiques trop élevée, DCO « dure » c’est-à-dire difficilement oxydable par voie biologique, organiques toxiques, etc.), ainsi que des flux ayant une charge organique trop faible (et donc un PCI trop faible) pour une incinération sans combustible d’appoint.
Les déchets typiquement traités par l’OHT sont les boues urbaines et industrielles, des eaux process, des effluents liquides (aqueux), des déchets dangereux liquides…
· Qu est-ce que l Oxydation Hydrothermale ?
L’oxydation hydrothermale (OHT) est une oxydation directement dans l’eau, en présence d’oxygène (air, air enrichi en oxygène ou oxygène pur), à haute température (150 °C à 650 °C), et à haute pression (15 à 300 bar), de la matière organique présente dans l’eau. Cette matière organique peut être présente au départ, soit sous forme dissoute dans le liquide, soit sous forme de matière en suspension ou les deux. Elle est convertie majoritairement en gaz carbonique et en eau.
Le terme Oxydation en Voie Humide (OVH) est parfois utilisé comme synonyme de l’OHT
· Familles
Deux grandes familles sont à différencier :
1) L’oxydation sous-critique, communément appelée OVH (Oxydation en Voie Humide). Le réacteur fonctionne à T < 330°C et P < 150 bar. Dans ces conditions, les phases liquide et vapeur de l’eau sont distinctes, et en équilibre. Les réactions peuvent se faire grâce à une injection d’air sous pression, d’air enrichi en oxygène, ou à l’oxygène pur. Le temps de séjour dans le réacteur est compris entre 30 minutes et 3 heures.
2) L’oxydation supercritique. Le réacteur fonctionne à T > 374 °C et P > 221 bar. Dans ces conditions, il n’y a plus de phase liquide distincte de la phase vapeur, il n’y a plus qu’une seule phase fluide. La température élevée assure des réactions de destructions rapides. Ainsi, le procédé supercritique permet une oxydation complète des composés organiques les plus réfractaires pour des temps de réaction inférieurs à la minute.
Qu’est-ce que « l’eau supercritique » ?
Lorsque nous faisons bouillir de l’eau dans une casserole, nous constatons qu’à 100°C et à pression ambiante (un bar), l’eau bout : elle passe de l’état liquide à l’état gazeux. Si nous mettons l’eau dans une cocotte minute, nous voyons que cette température d’ébullition augmente avec la pression et que les réactions chimiques de cuisson des aliments s’accélèrent. En augmentant progressivement la pression, nous pouvons alors tracer une courbe donnant la température d’ébullition en fonction de la pression. Téb = f (Pression).
Il se trouve que cette courbe présente un maximum au point P = 221 bar , T = 374°C. Ce point est appelé le point critique de l’eau et nous définissons alors les domaines ( P , T ) sous- et supercritiques comme indiqué sur le diagramme de phase de l’eau ci-dessous :
Dans les conditions de température et de pression supercritiques, l’eau acquiert des propriétés physiques radicalement différentes de sa phase liquide habituelle :
· les composés organiques deviennent solubles : l’huile se mélange à l’eau,
· l’oxygène se dissout totalement dans l’eau,
· les sels minéraux qui sont très solubles dans l’eau liquide, précipitent dans les conditions supercritiques.
· Rendements de conversion
Les conversions des produits organiques et azotés sont particulièrement influencées par les conditions de pression et température dans le réacteur : plus ces conditions sont élevées, plus les conversions seront complètes.
Procédés sous-critiques
Les procédés sous-critiques, fonctionnent le plus souvent dans des conditions de pression entre 30 à 150 bar, sous une température de 200 à 310 °C. Leur rendement d’oxydation est de l’ordre de 70 à 95 %. Les 5 à 30 % de matière organique qui ne sont pas totalement transformés en CO2 et H2O restent présents dans le liquide, principalement sous forme d’acide acétique et autres acides gras volatils. Ces produits sont facilement bio-dégradables. Pour cette raison, ces procédés doivent être associés à une station de traitement biologique, qui aura notamment comme rôle de dégrader la matière organique résiduelle de l’effluent liquide de l’OHT.
Les produits azotés, quant à eux, sont principalement transformés en ammoniaque qui reste dissout dans l’eau. Ceci implique, chaque fois que les teneurs en azote sont significatives dans le produit entrant, de compléter le traitement d’oxydation par un traitement spécifique de l’ammoniaque. Les traitements complémentaires les plus courants sont :
· soit la nitrification/dénitrification en station biologique,
· soit le stripping de l’ammoniaque, suivi d’une étape d’oxydation catalytique de l’ammoniac (gazeux).
Procédés supercritiques
Pour des procédés supercritiques (P > 221 bar et T > 374 °C), les rendements d’oxydation sont généralement supérieurs à 99 %. Les produits azotés sont convertis en NH3, puis partiellement oxydés en N2 du fait des conditions de température du procédé. Ces procédés ne nécessitent généralement pas de traitement complémentaire, et les eaux en sortie peuvent le plus souvent être rejetées directement dans le milieu naturel après filtration éventuelle si la charge minérale l’exige.
Vitrification
La vitrification des déchets consiste à chauffer les déchets à une température telle que la fraction non-combustible du déchet fonde (c’est-à-dire à une température supérieure au point de fusion). Ce liquide est ensuite refroidi. Le refroidissement est généralement brutal, pour donner lieu à un produit s'apparentant à un verre (structure amorphe) dénommé "vitrifiat". Le refroidissement rapide est souvent réalisé par une trempe à l'eau, ou à l'air. Dans certains procédés, le refroidissement peut aussi être beaucoup plus lent, ce qui permet d’obtenir un produit cristallisé dont la structure s’apparente à une roche basaltique.
Les procédés dont la fonction principale est de vitrifier le déchet traite généralement des déchets principalement minéraux, bien qu’ils soient à même de traiter également des déchets contenant une certaine quantité de matière combustible. L’énergie nécessaire à la fusion est apporté par une source externe telle que électricité ou gaz naturel, ou autre combustible.
Certains procédés de gazéification ont un étage de combustion à une température supérieure à la température de fusion des matériaux minéraux contenus dans le déchet. Ces procédés conduisent donc également à la production d’un vitrifiat, après refroidissement brutal du produit en fusion. La chaleur nécessaire pour obtenir la fusion peut être apportée par le déchet lui-même si son pouvoir calorifique est suffisant (ce qui est généralement le cas des ordures ménagères), ou par l’énergie des déchets complétée par une énergie externe (électricité, gaz naturel, etc.) si nécessaire.
Traitements biologiques
Méthanisation
La méthanisation (encore appelée digestion anaérobie) est une technologie basée sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène (réaction en milieu anaérobie, contrairement au compostage qui est une réaction aérobie).Cette dégradation aboutit à la production :
- d’un produit humide riche en matière organique partiellement stabilisée appelé digestat. Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage.
- de biogaz, mélange gazeux saturé en eau à la sortie du digesteur et composé d’environ 50% à 70% de méthane (CH4), de 20% à 50% de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces (NH3, N2, H2S). Le biogaz a un Pouvoir Calorifique Inférieur de 5 à 7 kWh/Nm3. Cette énergie renouvelable peut être utilisée sous différentes formes : combustion pour la production d’électricité et de chaleur, production d’un carburant
Il existe 4 secteurs favorables au développement de la méthanisation : (1) agricole, (2) industriel, (3) déchets ménagers, (4) boues urbaines. Comme autres sources de production du biogaz, on peut citer le biogaz issu des installations de stockage des déchets non dangereux, siège de la dégradation anaérobie.
Avantages
La méthanisation de déchets organiques présente de nombreux avantages, notamment :
· Une double valorisation de la matière organique et de l’énergie ; c’est l’intérêt spécifique à la méthanisation par rapport aux autres filières,
· Une diminution de la quantité de déchets organiques à traiter par d’autres filières,
· Une diminution des émissions de gaz à effet de serre par substitution à l’usage d’énergies fossiles ou d’engrais chimiques,
· Un traitement possible des déchets organiques graisseux ou très humides, non compostables en l'état,
· Une faible emprise au sol des unités de traitement et l’existence d’une l’offre d’installations compactes,
· Une limitation des émissions d’odeurs à priori du fait de digesteur hermétique et de bâtiment clos équipé de traitement d’air performant.
Contraintes
La méthanisation présente malgré tout des inconvénients à ne pas négliger :
Le traitement de la matière organique uniquement, ce qui nécessite d’associer la méthanisation à l’incinération et aux centres de stockages de déchets non dangereux pour les autres fractions de déchets.
· La nécessité éventuelle de prévoir une phase de compostage pour traiter les déchets ligneux plus difficilement dégradables et pour finaliser la maturation de la matière organique.
· Le besoin éventuel de mettre en place un traitement des excédents hydriques du process.
· L’intégration dans le montage du projet d’une recherche de débouchés pour écouler au mieux aussi bien le produit organique et l’énergie.
· Selon la valorisation biogaz, la mise en place de traitements adaptés des biogaz (déshumidification, …) …
Un procédé émergent encore peu connu en France, principalement dans les secteurs agricoles et du traitement des déchets ménagers : la phase d’acquisition n’est pas à négliger. La technicité est d’un niveau industriel spécifique différant par exemple de celle du compostage. Il est à privilégier les montages juridiques où construction et exploitation sont étroitement liés.
Déchets concernés
Toute la matière organique est susceptible d’être ainsi décomposée (excepté des composés très stables comme la lignine) et de produire du biogaz, avec un potentiel méthanogène toutefois très variable. La méthanisation convient particulièrement aux substrats riches en eau, contenant de la matière organique facilement dégradable, et facilement pompables pour permettre un fonctionnement en continu. Les déchets méthanisés peuvent être d’origine :
· agro-industrielle : abattoirs, caves vinicoles, laiteries, fromageries, ou autres industries agro-alimentaires, industries chimiques et pharmaceutiques, etc …
· agricole : déjections animales, résidus de récolte (pailles, spathes de maïs …), eaux de salle de traite, etc …
· municipale : tontes de gazon, fraction fermentescible des ordures ménagères, boues et graisses de station d’épuration, matières de vidange, etc …
La co-digestion d’un mélange de déchets organiques est à préconiser pour permettre des économies d’échelle et optimiser la production de biogaz.
Cinq modes de valorisation du biogaz
Production de chaleur : l’efficacité énergétique est intéressante si le besoin en chaleur des débouchés est assez important pour permettre de valoriser le maximum de l’énergie disponible. Cela nécessite également des débouchés à proximité pour limiter le transport coûteux de la chaleur ou du biogaz.
Production d’électricité : l’efficacité énergétique est plus faible (- 37 %) du fait du rendement énergétique de l’électricité se limitant, pour des moteurs, au environ de 33%.
Production combinée d’électricité et chaleur : la chaleur des gaz chauds issu de la production d’électricité peut être récupérée pour produire de la chaleur. L’efficacité énergétique est intéressante car cette valorisation permet de valoriser l’excédent d’énergie éventuel mais, nécessite pour la chaleur un débouché à proximité.
Carburant Véhicule : pour être utilisé en tant que carburant Véhicule, le biogaz suit une série d’étapes d’épuration / compression. Cette valorisation s’est principalement développée en Suède et en Suisse. En France, l’opération pionnière de Lille Sequedin permettra de mieux évaluer les aspects environnementaux de cette filière et les difficultés de mise en œuvre que ce soit d’ordre technique, économique, juridique. Elle peut être envisagée dans le cadre d’une flotte captive de véhicule (bus, bennes déchets,….)
Injection du biogaz épuré dans le réseau de gaz naturel : En France, l’injection du biogaz épuré dans le réseau n’est pas pratiquée. Il convient d’assurer que « cette injection ne présente pas de risque pour la santé publique, la protection de l’environnement et la sécurité des installations » [décret 15/06/04]. Des travaux sont en cours.avec l’AFSSET Dans certains pays européens, l’injection du biométhane dans des réseaux dédiés ou non est plus usuelle: Suède, Suisse, Pays Bas, …
Valorisation du digestat
Après une phase de maturation par compostage, les caractéristiques agronomiques et les paramètres d’innocuité du digestat sont généralement proches de celles d’un compost (ayant suivi uniquement un compostage aérobie). La qualité du digestat conditionnant sa valorisation agronomique dépend de plusieurs facteurs :
· la nature des déchets traités, notamment lorsqu’il s’agit de déchets ménagers ;
· l’efficacité des collectes sélectives : soit pour sélectionner les déchets fermentescibles, soit celle visant à écarter les « indésirables » pour la méthanisation : emballages à destiner au recyclage, et déchets spéciaux à un traitement dédié.
L’efficacité des tris complémentaires en usine : l’affinage du digestat humide étant particulièrement délicat, il est préférable d’introduire un déchet sans indésirables dans le digesteur (risque de colmatage).
Types de procédés
La méthanisation est un processus endothermique qui se déroule en enceinte fermée (appelée digesteur, fermenteur, ou réacteur) généralement calorifugée afin d'y maintenir une température constante. On estime que près d’1/3 de l'énergie primaire produite par le biogaz est utilisée pour réchauffer et maintenir en température le digesteur (à température mésophile ou thermophile). Les procédés se distinguent principalement selon :
Selon la teneur en matière sèche :
· les procédés à voie humide (%Matière Sèche < 15%) : on retrouve ces types de procédé pour les effluents dits liquides (boues, lisiers, …). Ils peuvent être utilisés pour les déchets solides nécessitant alors une dilution des déchets solides.
· les procédés à voie sèche (% Matière Sèche entre 15% et 40%). Les procédés en voie sèche ont surtout été développés pour traiter les déchets solides. Ces procédés nécessite un volume moindre (substrat concentré) mais une bonne maîtrise de la circulation de la matière (pompage et brassage).
Selon la température de réaction :
· la digestion anaérobie mésophile (température moyenne = 35°C ; temps de séjour moyen = 3 semaines),
· a digestion anaérobie thermophile (température moyenne 55 à 60°C ; temps de séjour moyen réduit = 10 à 15 jours).
Selon les modes d’alimentation et d’extraction des déchets :
· Les procédés continus : l’alimentation et la vidange du digesteur se font en permanence avec une quantité entrante équivalente à celle sortante. Ils sont bien adaptés au traitement des déchets liquides. Ce sont les plus fréquents car ce sont aussi les moins exigeants en maintenance.
· Les procédés discontinus, dits « batch » : les digesteurs sont remplis puis vidés séquentiellement lorsque la production de biogaz chute ou devient nulle.
· Les procédés semi-continus : le digesteur est progressivement rempli par des charges successives convenablement réparties dans le temps. La vidange est réalisée lorsque le volume utile du digesteur est atteint et que la production de biogaz n’est plus suffisante.
Equipements principaux
Une unité de méthanisation comprend principalement :
· des équipements de séparation des impuretés en tête d’unité selon les matières traitées,
· le mélangeur/malaxeur permettant l'introduction homogène de la matière organique dans le digesteur,
· le digesteur, qualifié d’homogène ou d’hétérogène selon le degré du mélange, partiel ou total, de son contenu,
· un système de brassage mécanique (simple ou multiple), pneumatique par injection de biogaz, hydraulique par recirculation des matières
· les systèmes d'extraction et de pressage (et éventuellement de pasteurisation) du digestat,
· le système de traitement, stockage et valorisation du biogaz : déshumidification, production d’électricité, etc…
· éventuellement, un lagunage ou traitement d’épuration des excédents hydriques,
· éventuellement, des équipements de maturation par compostage et des équipements d’affinage du digestat
Une moindre contribution à l'effet de serre
Carbone : Le méthane contenu dans le biogaz est un gaz à effet de serre, son captage permet ainsi d’éviter des scénarios antérieurs où le biogaz peut être émis à l’atmosphère : émissions au cours du stockage de lisier, émissions diffuses en centre de stockage, …La valorisation énergétique du biogaz permet également une substitution aux énergies fossiles.
Azote : L’azote du digestat est sous forme ammoniacale. Deux effets contradictoires sont à relever :
· les émissions d’ammoniac peuvent être importantes lors des épandages, sauf s’il y a incorporation immédiate au sol,
· mais cet apport d’azote se substitue à celui d’engrais minéraux, dont la fabrication est énergivore en ressources fossiles.
Méthanisation à la ferme
L’installation de méthanisation à la ferme du GAEC OUDET (Clavy Warby - 08) traite 4 à 5 m3/jour de lisier de bovins laitiers (étable de 65 vaches laitières sur caillebotis) en codigestion avec des déchets de silos de stockage de céréales (1 700 tonnes entrantes par an dont 1 170 de lisier). Les 350 m3 de biogaz produits par jour (ou 125 000 m3/an) alimentent un cogénérateur de 30 kW. La quantité d'électricité disponible (250 000 kWh/an) est supérieure à la consommation du GAEC et le surplus est revendu à EDF. La chaleur récupérée par le système de refroidissement du générateur (500 000 KWh/an) sert à maintenir le digesteur à sa température de fonctionnement mais aussi à chauffer les habitations des associés.L’investissement se monte à 180 600 €. Les associés du GAEC ont effectué, en plus de la maîtrise d'oeuvre, une partie non négligeable des travaux et aménagements. La construction des fosses de stockage des lisiers a été réalisée dans le cadre de la mise aux normes des bâtiments d’élevage. Le surcoût pour permettre la production de biogaz sera rentabilisé par la vente d’électricité et les économies de chauffage.
Traitements thermiques
Incinération
L'incinération est un traitement basé sur la combustion avec excès d'air. Ce mode de traitement est complémentaire à la prévention et au recyclage et représente une alternative à l'enfouissement en installation de stockage. Les risques sanitaires des populations exposées aux retombées atmosphériques des incinérateurs aujourd'hui en fonctionnement sont faibles. Il n'y a pas d'argument solide à ce jour permettant de conclure à un risque accru de cancer (quel qu'en soit le type) pour les résidents à proximité d'un incinérateur.
· Les avantages de l'incinération
- traitement adapté à toutes sortes de déchets (dangereux et non dangereux, solides et liquides) contrairement aux autres modes de valorisation (traitement biologique par exemple) ;
- diminue fortement le volume des déchets (90 % de réduction environ) et leur masse (70 % environ) ;
- l'incinération permet de tirer le meilleur parti du contenu énergétique des déchets en produisant de la chaleur susceptible d'alimenter un réseau de chaleur urbain et/ou d'être transformée en électricité.
L'incinération contribue à minimiser les consommations de ressources énergétiques et certains impacts environnementaux tels que l'effet de serre du fait notamment de la valorisation énergétique. L'incinération émet moins de gaz à effet de serre que le stockage, qui a inévitablement des fuites de méthane (puissant gaz à effet de serre) issu de la dégradation des déchets organiques.
Selon les équipements mis en place, l'incinération permet de récupérer les métaux ferreux et non ferreux (contenu initialement dans les déchets) et de les valoriser.
· Les inconvénients de l'incinération
- l'incinération contribue à l'émission de polluants dans l'atmosphère, dont les quantités sont limitées par la mise en place d'un système de traitement des fumées et suivies par la mise en place obligatoire d'un programme de surveillance ;
- l'incinération génère des déchets classés dangereux (résidus d'épuration des fumées) à éliminer dans des installations de stockage de déchets dangereux (classe 1) ;
- l'incinération génère des mâchefers qui sont les résidus solides obtenus après combustion. Les mâchefers sont des déchets non dangereux qu'il est possible de valoriser en remblai ou sous-couche routière dans des conditions strictes définies par la réglementation ;
- selon les techniques choisies (neutralisation des gaz acides des fumées par voie sèche ou humide, recyclage interne total ou non des rejets liquides), l'incinération contribue dans certains cas à l'émission de polluants liquides dans le milieu naturel, dont les quantités sont encadrées par la réglementation.
· Les sous-produits générés
- les mâchefers récupérés en sortie de fours ;
- les résidus d'épuration des fumées ;
- les fumées épurées ;
- des rejets liquides éventuels suivant les installations ;
- des métaux ferreux et non ferreux valorisables suivant les installations ;
- de l'énergie thermique et/ou électrique suivant les installations.
· Le stockage et la préparation des déchets - l'alimentation du four
Les véhicules de collecte déchargent les déchets dans une fosse. Un grappin, se déplaçant à l'aide d'un pont roulant, assure la répartition homogène des déchets et alimente le four. Les déchets sont déversés dans la trémie d'alimentation, puis dans la chambre de combustion, par gravité ou à l'aide d'un poussoir. Dans le cas particulier des incinérateurs d'ordures ménagères à lit fluidisé, une étape supplémentaire de traitement est nécessaire afin d'homogénéiser la taille et la composition du déchet. Les techniques utilisées sont classiques et comprennent des broyeurs, des extracteurs de métaux, des séparateurs aéroliques ou densimétriques.
· La combustion
Le cycle de combustion est d'environ une heure et se décompose en 3 phases :
- séchage,
- combustion,
- extinction/évacuation des résidus solides (mâchefers).
La chambre de combustion comprend en général une grille qui assure l'avancement et le brassage des déchets. Les gaz du four sont brûlés totalement dans la chambre de post-combustion. Les conditions de température et de temps de séjour des gaz sont déterminantes pour l'optimisation de la combustion. Il existe différents types de four d'incinération : à grille, à rouleaux, oscillant, fixe ou à lit fluidisé. En 2005, la répartition du parc des usines d'incinération d'ordures ménagères (UIOM) est la suivante :
- le four à grille mobile ou à rouleaux est le type de four le plus répandu et équipe plus de 80 % des incinérateurs d'ordures ménagères en France (+ de 100 unités) ;
- le four oscillant équipe 16 incinérateurs d'ordures ménagères en France ;
- un incinérateur d'ordures ménagères (Tignes - 73) est équipé d'un four fixe ;
- 4 unités sont équipées de fours à lit fluidisé.
Dans ce cas, la combustion a lieu au sein d'un mélange de déchets et de sable maintenu en suspension par le l'air injecté sous-pression. Cette technique, qui nécessite des moyens supplémentaires importants (pré-traitement, instrumentation, charges d'exploitation), par rapport aux techniques classiques évoquées ci-dessus, reste aujourd'hui en France émergente pour le traitement des ordures ménagères. Pour le traitement des déchets homogènes tels que les boues, cette technique a démontré son intérêt.
· La récupération et la valorisation de la chaleur
La température des fumées est abaissée, par passage dans une chaudière, afin de pouvoir les traiter.D'environ 1000°C en sortie de four, elle est inférieure à 400°C à la sortie de la chaudière et à l'entrée du système de traitement des fumées. La vapeur ainsi produite au niveau de la chaudière peut ensuite être valorisée par 3 voies:
- valorisation thermique, par alimentation d'un réseau de chauffage urbain ou distribution à des entreprises et/ou établissements publics (rendement jusqu'à 90%),
- valorisation thermique et électrique (co-génération), par production de chaleur et d'électricité (rendement jusqu'à 80%),
- valorisation électrique, par transformation en électricité à l'aide d'un turboalternateur (rendement jusqu'à 35%).
· Le traitement des fumées
A la sortie de la chaudière, les fumées contiennent des polluants qu'il faut capter : poussières, gaz acides, métaux lourds et dioxines. Une installation de traitement de fumées comporte plusieurs modules :
- le dépoussiérage, par électrofiltre et/ou filtre à manches,
- la neutralisation des gaz acides, par voie sèche, semi-humide ou humide,
- le traitement des dioxines et furanes, par adsorption sur charbon actif par exemple ou par réduction sélective catalytique,
- le traitement des oxydes d'azote, par réduction sélective, soit catalytique, soit non catalytique
· L'évacuation et le traitement des résidus d'épuration des fumées
Les résidus d'épuration des fumées d'incinération de déchets comprennent essentiellement :
- les cendres volantes,
- les résidus de neutralisation des fumées,
- les gâteaux de filtration des eaux de lavage des fumées,
- les cendres sous chaudière.
L'incinération d'une tonne d'ordures ménagères génère entre 15 et 40 kg environ de résidus selon le type de traitement des fumées.
Les résidus sont collectés et évacués du site pour élimination, voire pour une valorisation dans le cas de comblement de mines de sel.
Ces résidus doivent être stabilisés (solidification par liants hydraulique de type ciment) avant enfouissement en installation de stockage de déchets dangereux.
La vitrification est une alternative à la solution précédente (stabilisation + stockage) et consiste à transformer les résidus en matière solide vitreuse appelé "vitrifiat". Une seule unité, conçue et construite par la société Europlasma, est actuellement en fonctionnement en France à Bordeaux
· L'évacuation et le traitement des mâchefers
En sortie de four, des dispositifs d'extraction et d'extinction à l'eau des mâchefers sont d'abord nécessaires avant d'envisager leur traitement qui peut être réalisé sur le site d'incinération ou indépendamment sur un autre site. Le traitement des mâchefers comprend des opérations de manutention, de stockage temporaire, de traitement, de maturation, dans le but d'élaborer un produit valorisable en technique routière, pouvant se substituer à des granulats naturels de carrière.
Les mâchefers utilisés aujourd'hui en remplacement de granulats naturels n'entrainent pas d'impact environnemental significatif.
Le traitement a pour objectif d'obtenir un produit calibré de bonne qualité géotechnique. Les dispositifs de traitements sont des broyeurs, séparateurs granulométriques (cribles), extracteurs de métaux, séparateurs densimétriques et aéroliques.
La maturation quant à elle est une étape naturelle, sans intervention humaine, pendant laquelle le tas de mâchefers s'assèche, s'oxyde et se carbonate, améliorant ainsi ses propriétés.
S'ils ne sont pas valorisé, les mâchefers doivent être enfouis en installation de stockage de déchet non dangereux. Une attention particulière doit être apportée au suivi des impacts environnementaux des mâchefers valorisés en technique routière au moment de leur mise en oeuvre au niveau du chantier mais aussi à plus long terme.
Thermolyse (ou pyrolyse) et gazéification sont des procédés thermiques qui permettent de traiter des déchets contenant une fraction combustible. Ces procédés se caractérisent par un traitement qui est effectué soit en l'absence d'oxygène (cas de la pyrolyse) ou en présence d'une quantité réduite d'oxygène (gazéification).
Ces 2 familles de procédés conduisent à la production d'un gaz pauvre qui est le plus souvent valorisé (brûlé) sur site, sous faible excès d'air. Les fumées doivent être conformes à la réglementation en vigueur (identique à celle de l'incinération). L'épuration des fumées donne lieu à la production de résidus similaires à ceux produits par l'épuration des fumées d'incinération.
La pyrolyse génère un sous-produit solide (ou coke de pyrolyse) qui est constitué de la fraction incombustible du déchet traité (minéraux, métaux) ainsi qu'une fraction combustible (riche en carbone). Après séparation des métaux et épuration, ce sous-produit peut, sous certaines conditions, être valorisé énergétiquement sur le site de production, ou valorisé (matière ou énergie) dans un autre procédé.
La gazéification génère un sous-produit solide qui est également constitué de la fraction incombustible du déchet traité, mais qu'une très faible quantité de carbone (contrairement au résidu solide issu de la pyrolyse). Ce sous-produit après séparation des métaux, est susceptible, sous certaines conditions, d'être valorisé comme un mâchefer d'incinération, ou être vitrifié avant valorisation.
Oxydation hydrothermale
· Domaines d'application
Appliquée au traitement des déchets ou d’effluents, l’OHT est destinée à traiter des produits contenant une forte proportion d’eau. La particularité de ces procédés est qu’ils ne nécessitent pas l’évaporation de l’eau avant oxydation de la matière organique. L’oxydation est réalisée en phase liquide (par différence avec l’incinération). Elle permet de traiter des charges organiques difficilement traitables par voies biologiques (teneur en organiques trop élevée, DCO « dure » c’est-à-dire difficilement oxydable par voie biologique, organiques toxiques, etc.), ainsi que des flux ayant une charge organique trop faible (et donc un PCI trop faible) pour une incinération sans combustible d’appoint.
Les déchets typiquement traités par l’OHT sont les boues urbaines et industrielles, des eaux process, des effluents liquides (aqueux), des déchets dangereux liquides…
· Qu est-ce que l Oxydation Hydrothermale ?
L’oxydation hydrothermale (OHT) est une oxydation directement dans l’eau, en présence d’oxygène (air, air enrichi en oxygène ou oxygène pur), à haute température (150 °C à 650 °C), et à haute pression (15 à 300 bar), de la matière organique présente dans l’eau. Cette matière organique peut être présente au départ, soit sous forme dissoute dans le liquide, soit sous forme de matière en suspension ou les deux. Elle est convertie majoritairement en gaz carbonique et en eau.
Le terme Oxydation en Voie Humide (OVH) est parfois utilisé comme synonyme de l’OHT
· Familles
Deux grandes familles sont à différencier :
1) L’oxydation sous-critique, communément appelée OVH (Oxydation en Voie Humide). Le réacteur fonctionne à T < 330°C et P < 150 bar. Dans ces conditions, les phases liquide et vapeur de l’eau sont distinctes, et en équilibre. Les réactions peuvent se faire grâce à une injection d’air sous pression, d’air enrichi en oxygène, ou à l’oxygène pur. Le temps de séjour dans le réacteur est compris entre 30 minutes et 3 heures.
2) L’oxydation supercritique. Le réacteur fonctionne à T > 374 °C et P > 221 bar. Dans ces conditions, il n’y a plus de phase liquide distincte de la phase vapeur, il n’y a plus qu’une seule phase fluide. La température élevée assure des réactions de destructions rapides. Ainsi, le procédé supercritique permet une oxydation complète des composés organiques les plus réfractaires pour des temps de réaction inférieurs à la minute.
Qu’est-ce que « l’eau supercritique » ?
Lorsque nous faisons bouillir de l’eau dans une casserole, nous constatons qu’à 100°C et à pression ambiante (un bar), l’eau bout : elle passe de l’état liquide à l’état gazeux. Si nous mettons l’eau dans une cocotte minute, nous voyons que cette température d’ébullition augmente avec la pression et que les réactions chimiques de cuisson des aliments s’accélèrent. En augmentant progressivement la pression, nous pouvons alors tracer une courbe donnant la température d’ébullition en fonction de la pression. Téb = f (Pression).
Il se trouve que cette courbe présente un maximum au point P = 221 bar , T = 374°C. Ce point est appelé le point critique de l’eau et nous définissons alors les domaines ( P , T ) sous- et supercritiques comme indiqué sur le diagramme de phase de l’eau ci-dessous :
Dans les conditions de température et de pression supercritiques, l’eau acquiert des propriétés physiques radicalement différentes de sa phase liquide habituelle :
· les composés organiques deviennent solubles : l’huile se mélange à l’eau,
· l’oxygène se dissout totalement dans l’eau,
· les sels minéraux qui sont très solubles dans l’eau liquide, précipitent dans les conditions supercritiques.
· Rendements de conversion
Les conversions des produits organiques et azotés sont particulièrement influencées par les conditions de pression et température dans le réacteur : plus ces conditions sont élevées, plus les conversions seront complètes.
Procédés sous-critiques
Les procédés sous-critiques, fonctionnent le plus souvent dans des conditions de pression entre 30 à 150 bar, sous une température de 200 à 310 °C. Leur rendement d’oxydation est de l’ordre de 70 à 95 %. Les 5 à 30 % de matière organique qui ne sont pas totalement transformés en CO2 et H2O restent présents dans le liquide, principalement sous forme d’acide acétique et autres acides gras volatils. Ces produits sont facilement bio-dégradables. Pour cette raison, ces procédés doivent être associés à une station de traitement biologique, qui aura notamment comme rôle de dégrader la matière organique résiduelle de l’effluent liquide de l’OHT.
Les produits azotés, quant à eux, sont principalement transformés en ammoniaque qui reste dissout dans l’eau. Ceci implique, chaque fois que les teneurs en azote sont significatives dans le produit entrant, de compléter le traitement d’oxydation par un traitement spécifique de l’ammoniaque. Les traitements complémentaires les plus courants sont :
· soit la nitrification/dénitrification en station biologique,
· soit le stripping de l’ammoniaque, suivi d’une étape d’oxydation catalytique de l’ammoniac (gazeux).
Procédés supercritiques
Pour des procédés supercritiques (P > 221 bar et T > 374 °C), les rendements d’oxydation sont généralement supérieurs à 99 %. Les produits azotés sont convertis en NH3, puis partiellement oxydés en N2 du fait des conditions de température du procédé. Ces procédés ne nécessitent généralement pas de traitement complémentaire, et les eaux en sortie peuvent le plus souvent être rejetées directement dans le milieu naturel après filtration éventuelle si la charge minérale l’exige.
Vitrification
La vitrification des déchets consiste à chauffer les déchets à une température telle que la fraction non-combustible du déchet fonde (c’est-à-dire à une température supérieure au point de fusion). Ce liquide est ensuite refroidi. Le refroidissement est généralement brutal, pour donner lieu à un produit s'apparentant à un verre (structure amorphe) dénommé "vitrifiat". Le refroidissement rapide est souvent réalisé par une trempe à l'eau, ou à l'air. Dans certains procédés, le refroidissement peut aussi être beaucoup plus lent, ce qui permet d’obtenir un produit cristallisé dont la structure s’apparente à une roche basaltique.
Les procédés dont la fonction principale est de vitrifier le déchet traite généralement des déchets principalement minéraux, bien qu’ils soient à même de traiter également des déchets contenant une certaine quantité de matière combustible. L’énergie nécessaire à la fusion est apporté par une source externe telle que électricité ou gaz naturel, ou autre combustible.
Certains procédés de gazéification ont un étage de combustion à une température supérieure à la température de fusion des matériaux minéraux contenus dans le déchet. Ces procédés conduisent donc également à la production d’un vitrifiat, après refroidissement brutal du produit en fusion. La chaleur nécessaire pour obtenir la fusion peut être apportée par le déchet lui-même si son pouvoir calorifique est suffisant (ce qui est généralement le cas des ordures ménagères), ou par l’énergie des déchets complétée par une énergie externe (électricité, gaz naturel, etc.) si nécessaire.
Traitements biologiques
Méthanisation
La méthanisation (encore appelée digestion anaérobie) est une technologie basée sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène (réaction en milieu anaérobie, contrairement au compostage qui est une réaction aérobie).Cette dégradation aboutit à la production :
- d’un produit humide riche en matière organique partiellement stabilisée appelé digestat. Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage.
- de biogaz, mélange gazeux saturé en eau à la sortie du digesteur et composé d’environ 50% à 70% de méthane (CH4), de 20% à 50% de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces (NH3, N2, H2S). Le biogaz a un Pouvoir Calorifique Inférieur de 5 à 7 kWh/Nm3. Cette énergie renouvelable peut être utilisée sous différentes formes : combustion pour la production d’électricité et de chaleur, production d’un carburant
Il existe 4 secteurs favorables au développement de la méthanisation : (1) agricole, (2) industriel, (3) déchets ménagers, (4) boues urbaines. Comme autres sources de production du biogaz, on peut citer le biogaz issu des installations de stockage des déchets non dangereux, siège de la dégradation anaérobie.
Avantages
La méthanisation de déchets organiques présente de nombreux avantages, notamment :
· Une double valorisation de la matière organique et de l’énergie ; c’est l’intérêt spécifique à la méthanisation par rapport aux autres filières,
· Une diminution de la quantité de déchets organiques à traiter par d’autres filières,
· Une diminution des émissions de gaz à effet de serre par substitution à l’usage d’énergies fossiles ou d’engrais chimiques,
· Un traitement possible des déchets organiques graisseux ou très humides, non compostables en l'état,
· Une faible emprise au sol des unités de traitement et l’existence d’une l’offre d’installations compactes,
· Une limitation des émissions d’odeurs à priori du fait de digesteur hermétique et de bâtiment clos équipé de traitement d’air performant.
Contraintes
La méthanisation présente malgré tout des inconvénients à ne pas négliger :
Le traitement de la matière organique uniquement, ce qui nécessite d’associer la méthanisation à l’incinération et aux centres de stockages de déchets non dangereux pour les autres fractions de déchets.
· La nécessité éventuelle de prévoir une phase de compostage pour traiter les déchets ligneux plus difficilement dégradables et pour finaliser la maturation de la matière organique.
· Le besoin éventuel de mettre en place un traitement des excédents hydriques du process.
· L’intégration dans le montage du projet d’une recherche de débouchés pour écouler au mieux aussi bien le produit organique et l’énergie.
· Selon la valorisation biogaz, la mise en place de traitements adaptés des biogaz (déshumidification, …) …
Un procédé émergent encore peu connu en France, principalement dans les secteurs agricoles et du traitement des déchets ménagers : la phase d’acquisition n’est pas à négliger. La technicité est d’un niveau industriel spécifique différant par exemple de celle du compostage. Il est à privilégier les montages juridiques où construction et exploitation sont étroitement liés.
Déchets concernés
Toute la matière organique est susceptible d’être ainsi décomposée (excepté des composés très stables comme la lignine) et de produire du biogaz, avec un potentiel méthanogène toutefois très variable. La méthanisation convient particulièrement aux substrats riches en eau, contenant de la matière organique facilement dégradable, et facilement pompables pour permettre un fonctionnement en continu. Les déchets méthanisés peuvent être d’origine :
· agro-industrielle : abattoirs, caves vinicoles, laiteries, fromageries, ou autres industries agro-alimentaires, industries chimiques et pharmaceutiques, etc …
· agricole : déjections animales, résidus de récolte (pailles, spathes de maïs …), eaux de salle de traite, etc …
· municipale : tontes de gazon, fraction fermentescible des ordures ménagères, boues et graisses de station d’épuration, matières de vidange, etc …
La co-digestion d’un mélange de déchets organiques est à préconiser pour permettre des économies d’échelle et optimiser la production de biogaz.
Cinq modes de valorisation du biogaz
Production de chaleur : l’efficacité énergétique est intéressante si le besoin en chaleur des débouchés est assez important pour permettre de valoriser le maximum de l’énergie disponible. Cela nécessite également des débouchés à proximité pour limiter le transport coûteux de la chaleur ou du biogaz.
Production d’électricité : l’efficacité énergétique est plus faible (- 37 %) du fait du rendement énergétique de l’électricité se limitant, pour des moteurs, au environ de 33%.
Production combinée d’électricité et chaleur : la chaleur des gaz chauds issu de la production d’électricité peut être récupérée pour produire de la chaleur. L’efficacité énergétique est intéressante car cette valorisation permet de valoriser l’excédent d’énergie éventuel mais, nécessite pour la chaleur un débouché à proximité.
Carburant Véhicule : pour être utilisé en tant que carburant Véhicule, le biogaz suit une série d’étapes d’épuration / compression. Cette valorisation s’est principalement développée en Suède et en Suisse. En France, l’opération pionnière de Lille Sequedin permettra de mieux évaluer les aspects environnementaux de cette filière et les difficultés de mise en œuvre que ce soit d’ordre technique, économique, juridique. Elle peut être envisagée dans le cadre d’une flotte captive de véhicule (bus, bennes déchets,….)
Injection du biogaz épuré dans le réseau de gaz naturel : En France, l’injection du biogaz épuré dans le réseau n’est pas pratiquée. Il convient d’assurer que « cette injection ne présente pas de risque pour la santé publique, la protection de l’environnement et la sécurité des installations » [décret 15/06/04]. Des travaux sont en cours.avec l’AFSSET Dans certains pays européens, l’injection du biométhane dans des réseaux dédiés ou non est plus usuelle: Suède, Suisse, Pays Bas, …
Valorisation du digestat
Après une phase de maturation par compostage, les caractéristiques agronomiques et les paramètres d’innocuité du digestat sont généralement proches de celles d’un compost (ayant suivi uniquement un compostage aérobie). La qualité du digestat conditionnant sa valorisation agronomique dépend de plusieurs facteurs :
· la nature des déchets traités, notamment lorsqu’il s’agit de déchets ménagers ;
· l’efficacité des collectes sélectives : soit pour sélectionner les déchets fermentescibles, soit celle visant à écarter les « indésirables » pour la méthanisation : emballages à destiner au recyclage, et déchets spéciaux à un traitement dédié.
L’efficacité des tris complémentaires en usine : l’affinage du digestat humide étant particulièrement délicat, il est préférable d’introduire un déchet sans indésirables dans le digesteur (risque de colmatage).
Types de procédés
La méthanisation est un processus endothermique qui se déroule en enceinte fermée (appelée digesteur, fermenteur, ou réacteur) généralement calorifugée afin d'y maintenir une température constante. On estime que près d’1/3 de l'énergie primaire produite par le biogaz est utilisée pour réchauffer et maintenir en température le digesteur (à température mésophile ou thermophile). Les procédés se distinguent principalement selon :
Selon la teneur en matière sèche :
· les procédés à voie humide (%Matière Sèche < 15%) : on retrouve ces types de procédé pour les effluents dits liquides (boues, lisiers, …). Ils peuvent être utilisés pour les déchets solides nécessitant alors une dilution des déchets solides.
· les procédés à voie sèche (% Matière Sèche entre 15% et 40%). Les procédés en voie sèche ont surtout été développés pour traiter les déchets solides. Ces procédés nécessite un volume moindre (substrat concentré) mais une bonne maîtrise de la circulation de la matière (pompage et brassage).
Selon la température de réaction :
· la digestion anaérobie mésophile (température moyenne = 35°C ; temps de séjour moyen = 3 semaines),
· a digestion anaérobie thermophile (température moyenne 55 à 60°C ; temps de séjour moyen réduit = 10 à 15 jours).
Selon les modes d’alimentation et d’extraction des déchets :
· Les procédés continus : l’alimentation et la vidange du digesteur se font en permanence avec une quantité entrante équivalente à celle sortante. Ils sont bien adaptés au traitement des déchets liquides. Ce sont les plus fréquents car ce sont aussi les moins exigeants en maintenance.
· Les procédés discontinus, dits « batch » : les digesteurs sont remplis puis vidés séquentiellement lorsque la production de biogaz chute ou devient nulle.
· Les procédés semi-continus : le digesteur est progressivement rempli par des charges successives convenablement réparties dans le temps. La vidange est réalisée lorsque le volume utile du digesteur est atteint et que la production de biogaz n’est plus suffisante.
Equipements principaux
Une unité de méthanisation comprend principalement :
· des équipements de séparation des impuretés en tête d’unité selon les matières traitées,
· le mélangeur/malaxeur permettant l'introduction homogène de la matière organique dans le digesteur,
· le digesteur, qualifié d’homogène ou d’hétérogène selon le degré du mélange, partiel ou total, de son contenu,
· un système de brassage mécanique (simple ou multiple), pneumatique par injection de biogaz, hydraulique par recirculation des matières
· les systèmes d'extraction et de pressage (et éventuellement de pasteurisation) du digestat,
· le système de traitement, stockage et valorisation du biogaz : déshumidification, production d’électricité, etc…
· éventuellement, un lagunage ou traitement d’épuration des excédents hydriques,
· éventuellement, des équipements de maturation par compostage et des équipements d’affinage du digestat
Une moindre contribution à l'effet de serre
Carbone : Le méthane contenu dans le biogaz est un gaz à effet de serre, son captage permet ainsi d’éviter des scénarios antérieurs où le biogaz peut être émis à l’atmosphère : émissions au cours du stockage de lisier, émissions diffuses en centre de stockage, …La valorisation énergétique du biogaz permet également une substitution aux énergies fossiles.
Azote : L’azote du digestat est sous forme ammoniacale. Deux effets contradictoires sont à relever :
· les émissions d’ammoniac peuvent être importantes lors des épandages, sauf s’il y a incorporation immédiate au sol,
· mais cet apport d’azote se substitue à celui d’engrais minéraux, dont la fabrication est énergivore en ressources fossiles.
Méthanisation à la ferme
L’installation de méthanisation à la ferme du GAEC OUDET (Clavy Warby - 08) traite 4 à 5 m3/jour de lisier de bovins laitiers (étable de 65 vaches laitières sur caillebotis) en codigestion avec des déchets de silos de stockage de céréales (1 700 tonnes entrantes par an dont 1 170 de lisier). Les 350 m3 de biogaz produits par jour (ou 125 000 m3/an) alimentent un cogénérateur de 30 kW. La quantité d'électricité disponible (250 000 kWh/an) est supérieure à la consommation du GAEC et le surplus est revendu à EDF. La chaleur récupérée par le système de refroidissement du générateur (500 000 KWh/an) sert à maintenir le digesteur à sa température de fonctionnement mais aussi à chauffer les habitations des associés.L’investissement se monte à 180 600 €. Les associés du GAEC ont effectué, en plus de la maîtrise d'oeuvre, une partie non négligeable des travaux et aménagements. La construction des fosses de stockage des lisiers a été réalisée dans le cadre de la mise aux normes des bâtiments d’élevage. Le surcoût pour permettre la production de biogaz sera rentabilisé par la vente d’électricité et les économies de chauffage.
Dernière édition par Waldham le 20 Octobre 2009 16:03, édité 1 fois au total.
Waldham le 20 Octobre 2009 15:58
Energies et matières renouvelables
Les biomatériaux
Ils sont issus des produits et sous-produits des céréales (amidon, gluten), oléagineux et protéagineux (protéines) ainsi que des plantes fibreuses (cellulose), ils permettent de fabriquer des biopolymères (films et emballages) et des agromatériaux composites (revêtements, garnitures automobiles, isolants,etc.).
· Les biopolymères sont des matériaux renouvelables et biodégradables qui offrent une alternative aux matériaux plastiques d'origine fossile tels que l'emballage de calage, le sac de collecte des déchets verts et le sac à compost, barquette alimentaire, film alimentaire...
· Les agromatériaux sont composés majoritairement de matières premières d'origine agricole. En particulier les mélanges de fibres et de biopolymères naturels (amidon, cellulose...) ou de polymères synthétiques. Par exemple des fibres de chanvre ou de lin peuvent remplacer la laine de verre dans le bâtiment.
Les biomolécules
Il s'agit de molécules synthétisées à partir de matières premières d'origines végétales transformées comme les esters méthyliques végétaux, ou les molécules extraites des différentes agroressources (colza, tournesol, blé, maïs, betterave et plantes spéciales).
Les lubrifiants, les tensioactifs et les solvants sont trois grands champs d'action des biomolécules.
Biomasse
Cultures énergétiques
Les cultures énergétiques servent à produire de la chaleur et/ou de l'électricité (cogénération) ou des biocarburants.
Il s'agit de combustibles biologiques et renouvelables (biocombustibles) : le bois, les cultures lignocellulosiques, (ex. taillis à courte rotation, plantes pérennes ...) plantes céréalières et oléagineuses, et résidus de récolte. Ils peuvent être traités de différentes façons, par combustion, distillation, fermentation, gazéification ou pyrolyse. Ils permettent de réduire les émissions de CO2 et de limiter l'épuisement des ressources fossiles.
Eolien Y a t il un vent créé au sein de l'arche ?
Une éolienne est une machine permettant de convertir l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Cette énergie mécanique a été utilisée au cours des âges pour pomper l'eau ou moudre le grain.
Les machines actuelles sont utilisées pour produire de l'électricité qui est consommée localement (sites isolés), ou injectée sur le réseau électrique (éoliennes connectées au réseau). L'application « connecté réseau » ou « grand éolien » représente, en terme de puissance installée, la quasi totalité du marché éolien.
Il existe deux grandes familles d'éoliennes : les machines à axe vertical et les machines à axe horizontal. Pour le « grand éolien », on utile des machines à axe horizontal ; elles se composent, dans la plupart des applications, d'un rotor tripale. Les technologies de conversion et de contrôle peuvent différer d'une machine à l'autre. Les gammes de puissance nominale vont de 1 à 5 MW. Les éoliennes à axe horizontales sont plus performantes que celles à axe vertical essentiellement en terme de rendement aérodynamique et de coût de maintenance.
Géothermie
La géothermie est la quatrième source de production d'électricité par énergie renouvelable dans le monde après l'hydraulique, la biomasse et l'éolien.
La géothermie est une source importante de chaleur renouvelable.
Ses applications nombreuses. La principale concerne le chauffage des bâtiments, soit de façon centralisée par le biais de réseaux de chaleur soit de façon plus individuelle par le biais de pompes à chaleur couplées à des capteurs enterrés.
Solaire photovoltaïque
Qu'est ce que l'énergie solaire photovoltaïque ?
La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur (silicium par exemple). Elle ne nécessite ni pièce en mouvement, ni carburant, et n'engendre aucun bruit. L'élément de base est la cellule photovoltaïque : exposée à la lumière, elle absorbe l'énergie des photons lumineux. Ceux-ci mettent en mouvement des électrons qui sont happés par un champ électrique interne. Les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent un courant électrique continu.
La tension de sortie d'une cellule photovoltaïque est faible (0,6 V). C'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque (produit que l'on trouve dans le commerce). Selon les technologies et le type d'usage qui en est fait, ce module présente une surface de 0,1 m² (10 W) à 1 m² (100 W), valeurs moyennes indicatives, et décline des tensions de 12 V, 24 V ou 48 V selon l'application.
Qu'est ce qu'un système photovoltaïque et à quoi sert-il?
Un système photovoltaïque est un ensemble de composants produisant de l'énergie électrique. Les composants de ce système sont des modules photovoltaïques, les appareils de gestion et de conversion de l'énergie et éventuellement des batteries d'accumulateurs.
On distingue deux types de systèmes:
• les systèmes photovoltaïques en sites isolés qui permettent d'électrifier et d'alimenter tous les appareils électriques des habitations éloignées du réseau de distribution d'électricité, pour lesquelles une extension du réseau serait très coûteuse. Plus de 5 000 foyers français, également répartis en métropole et dans les DOM, en sont équipés. Le principe : pendant la journée, les modules photovoltaïques produisent de l'électricité. Celle-ci est ensuite soit utilisée directement, soit stockée dans un parc de batteries d'accumulateurs pour que l'usager puisse avoir de l'électricité le soir ou quand le soleil ne brille pas.
A noter : 1,6 milliards de personnes dans le monde n'ont pas et n'auront jamais accès à l'électricité par des moyens classiques. Le marché potentiel du système photovoltaïque en sites isolés est donc très important.
• les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau qui permettent à chaque citoyen déjà raccordé au réseau électrique de devenir producteur de tout ou partie de l'électricité qu'il consomme. Les modules photovoltaïques deviennent alors partie intégrante de l'enveloppe de l'habitat (toiture, verrière, bardage, mur rideau). Le système produit du courant continu, qui est transformé en courant alternatif par un onduleur puis injecté dans le réseau de distribution publique. Un compteur électrique mesure l'énergie fournie au réseau. Par contrat (d'une durée de 20 ans), la compagnie d'électricité, achète à l'usager le courant injecté à un prix convenu, tout en continuant à lui facturer normalement sa consommation.
Solaire thermodynamique
· Le solaire thermodynamique en bref
Le solaire thermodynamique est l'une des valorisations du rayonnement solaire concentré (utilisant seulement le rayonnement solaire direct). Il désigne la production d'électricité réalisée grâce à des cycles thermodynamiques (chaudières à gaz, à vapeur, à cycles combinés). Il existe trois procédés principaux : les centrales à tour, les centrales à capteurs cylindro-paraboliques, les concentrateurs orientables associés à des moteurs thermiques.
L'ensoleillement direct français n'est pas suffisant pour envisager des projets sur le territoire national. Dans les zones les plus favorables à l'utilisation de l'énergie solaire concentrée (cf carte ci-dessous), l'ensoleillement direct est supérieur à 2000 kWh/m²/an.
Quelle est la différence entre solaire photovoltaïque et solaire thermique?
Le solaire photovoltaïque (PV) permet de produire de l'électricité. La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur comme le silicium. L'élément de base est la cellule photovoltaïque et le produit commercial s'appelle un module photovoltaïque.
Le solaire thermique permet de produire de la chaleur (à basse, moyenne ou haute température). Les applications les plus répandues sont celles concernant le bâtiment comme la production d'eau chaude sanitaire. La conversion du rayonnement solaire en chaleur se fait grâce au capteur solaire thermique.
Technologies marines
document
Il s'agit de technologies au stade du développement, dont le potentiel reste à évaluer et dont la maîtrise technologique n'a été abordée que dans les quelques pays qui recèlent une ressource potentielle élevée comme le Royaume Uni, la Norvège ou le Portugal. (chiffre du gisement français).
Les sources exploitables aujourd'hui sont les courants marins, les marées et la houle et les vagues. Les mers et les océans recèlent d'autres formes d'énergie comme le gradient thermique entre surface et grande profondeur ou la pression osmotique à l'embouchure des fleuves, mais il n'existe à ce jour aucune technologie permettant de les exploiter.
Les biomatériaux
Ils sont issus des produits et sous-produits des céréales (amidon, gluten), oléagineux et protéagineux (protéines) ainsi que des plantes fibreuses (cellulose), ils permettent de fabriquer des biopolymères (films et emballages) et des agromatériaux composites (revêtements, garnitures automobiles, isolants,etc.).
· Les biopolymères sont des matériaux renouvelables et biodégradables qui offrent une alternative aux matériaux plastiques d'origine fossile tels que l'emballage de calage, le sac de collecte des déchets verts et le sac à compost, barquette alimentaire, film alimentaire...
· Les agromatériaux sont composés majoritairement de matières premières d'origine agricole. En particulier les mélanges de fibres et de biopolymères naturels (amidon, cellulose...) ou de polymères synthétiques. Par exemple des fibres de chanvre ou de lin peuvent remplacer la laine de verre dans le bâtiment.
Les biomolécules
Il s'agit de molécules synthétisées à partir de matières premières d'origines végétales transformées comme les esters méthyliques végétaux, ou les molécules extraites des différentes agroressources (colza, tournesol, blé, maïs, betterave et plantes spéciales).
Les lubrifiants, les tensioactifs et les solvants sont trois grands champs d'action des biomolécules.
Biomasse
Cultures énergétiques
Les cultures énergétiques servent à produire de la chaleur et/ou de l'électricité (cogénération) ou des biocarburants.
Il s'agit de combustibles biologiques et renouvelables (biocombustibles) : le bois, les cultures lignocellulosiques, (ex. taillis à courte rotation, plantes pérennes ...) plantes céréalières et oléagineuses, et résidus de récolte. Ils peuvent être traités de différentes façons, par combustion, distillation, fermentation, gazéification ou pyrolyse. Ils permettent de réduire les émissions de CO2 et de limiter l'épuisement des ressources fossiles.
Eolien Y a t il un vent créé au sein de l'arche ?
Une éolienne est une machine permettant de convertir l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique. Cette énergie mécanique a été utilisée au cours des âges pour pomper l'eau ou moudre le grain.
Les machines actuelles sont utilisées pour produire de l'électricité qui est consommée localement (sites isolés), ou injectée sur le réseau électrique (éoliennes connectées au réseau). L'application « connecté réseau » ou « grand éolien » représente, en terme de puissance installée, la quasi totalité du marché éolien.
Il existe deux grandes familles d'éoliennes : les machines à axe vertical et les machines à axe horizontal. Pour le « grand éolien », on utile des machines à axe horizontal ; elles se composent, dans la plupart des applications, d'un rotor tripale. Les technologies de conversion et de contrôle peuvent différer d'une machine à l'autre. Les gammes de puissance nominale vont de 1 à 5 MW. Les éoliennes à axe horizontales sont plus performantes que celles à axe vertical essentiellement en terme de rendement aérodynamique et de coût de maintenance.
Géothermie
La géothermie est la quatrième source de production d'électricité par énergie renouvelable dans le monde après l'hydraulique, la biomasse et l'éolien.
La géothermie est une source importante de chaleur renouvelable.
Ses applications nombreuses. La principale concerne le chauffage des bâtiments, soit de façon centralisée par le biais de réseaux de chaleur soit de façon plus individuelle par le biais de pompes à chaleur couplées à des capteurs enterrés.
Solaire photovoltaïque
Qu'est ce que l'énergie solaire photovoltaïque ?
La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur (silicium par exemple). Elle ne nécessite ni pièce en mouvement, ni carburant, et n'engendre aucun bruit. L'élément de base est la cellule photovoltaïque : exposée à la lumière, elle absorbe l'énergie des photons lumineux. Ceux-ci mettent en mouvement des électrons qui sont happés par un champ électrique interne. Les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent un courant électrique continu.
La tension de sortie d'une cellule photovoltaïque est faible (0,6 V). C'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque (produit que l'on trouve dans le commerce). Selon les technologies et le type d'usage qui en est fait, ce module présente une surface de 0,1 m² (10 W) à 1 m² (100 W), valeurs moyennes indicatives, et décline des tensions de 12 V, 24 V ou 48 V selon l'application.
Qu'est ce qu'un système photovoltaïque et à quoi sert-il?
Un système photovoltaïque est un ensemble de composants produisant de l'énergie électrique. Les composants de ce système sont des modules photovoltaïques, les appareils de gestion et de conversion de l'énergie et éventuellement des batteries d'accumulateurs.
On distingue deux types de systèmes:
• les systèmes photovoltaïques en sites isolés qui permettent d'électrifier et d'alimenter tous les appareils électriques des habitations éloignées du réseau de distribution d'électricité, pour lesquelles une extension du réseau serait très coûteuse. Plus de 5 000 foyers français, également répartis en métropole et dans les DOM, en sont équipés. Le principe : pendant la journée, les modules photovoltaïques produisent de l'électricité. Celle-ci est ensuite soit utilisée directement, soit stockée dans un parc de batteries d'accumulateurs pour que l'usager puisse avoir de l'électricité le soir ou quand le soleil ne brille pas.
A noter : 1,6 milliards de personnes dans le monde n'ont pas et n'auront jamais accès à l'électricité par des moyens classiques. Le marché potentiel du système photovoltaïque en sites isolés est donc très important.
• les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau qui permettent à chaque citoyen déjà raccordé au réseau électrique de devenir producteur de tout ou partie de l'électricité qu'il consomme. Les modules photovoltaïques deviennent alors partie intégrante de l'enveloppe de l'habitat (toiture, verrière, bardage, mur rideau). Le système produit du courant continu, qui est transformé en courant alternatif par un onduleur puis injecté dans le réseau de distribution publique. Un compteur électrique mesure l'énergie fournie au réseau. Par contrat (d'une durée de 20 ans), la compagnie d'électricité, achète à l'usager le courant injecté à un prix convenu, tout en continuant à lui facturer normalement sa consommation.
Solaire thermodynamique
· Le solaire thermodynamique en bref
Le solaire thermodynamique est l'une des valorisations du rayonnement solaire concentré (utilisant seulement le rayonnement solaire direct). Il désigne la production d'électricité réalisée grâce à des cycles thermodynamiques (chaudières à gaz, à vapeur, à cycles combinés). Il existe trois procédés principaux : les centrales à tour, les centrales à capteurs cylindro-paraboliques, les concentrateurs orientables associés à des moteurs thermiques.
L'ensoleillement direct français n'est pas suffisant pour envisager des projets sur le territoire national. Dans les zones les plus favorables à l'utilisation de l'énergie solaire concentrée (cf carte ci-dessous), l'ensoleillement direct est supérieur à 2000 kWh/m²/an.
Quelle est la différence entre solaire photovoltaïque et solaire thermique?
Le solaire photovoltaïque (PV) permet de produire de l'électricité. La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur comme le silicium. L'élément de base est la cellule photovoltaïque et le produit commercial s'appelle un module photovoltaïque.
Le solaire thermique permet de produire de la chaleur (à basse, moyenne ou haute température). Les applications les plus répandues sont celles concernant le bâtiment comme la production d'eau chaude sanitaire. La conversion du rayonnement solaire en chaleur se fait grâce au capteur solaire thermique.
Technologies marines
document
Il s'agit de technologies au stade du développement, dont le potentiel reste à évaluer et dont la maîtrise technologique n'a été abordée que dans les quelques pays qui recèlent une ressource potentielle élevée comme le Royaume Uni, la Norvège ou le Portugal. (chiffre du gisement français).
Les sources exploitables aujourd'hui sont les courants marins, les marées et la houle et les vagues. Les mers et les océans recèlent d'autres formes d'énergie comme le gradient thermique entre surface et grande profondeur ou la pression osmotique à l'embouchure des fleuves, mais il n'existe à ce jour aucune technologie permettant de les exploiter.
Gilgamesh Moderator le 20 Octobre 2009 23:47
Salut Waldham,
Waldham a écrit:
Chez moi ça marche
Je t'ai envoyé un MP.
20) L'arche et les chiffres clés
21)L'arche peut elle profiter des attractions des planètes pour gagner de la vitesse ?
Oui, mais ça présente un intérêt marginal. Le surcroit potentiel de vitesse acquis par "fronde gravitationnelle" dans le repère héliocentrique est égal à la vitesse orbitale de l'astre attracteur, auquel on "emprunte" de la vitesse. Soit par exemple pour Jupiter, 13 km/s. C'est un maximum (pour un corps faiblement motorisé ; il est possible de magnifier l'effet de fronde en accélérant fortement au périgée mais ce n'est pas possible pour l'Arche qui au maximum de se puissance permet une accélération de 2 mm/s2). Un tel gain de vitesse représente à peine 0,3% de ce que l'on vise.
22) Est il possible de calculer la vitesse de l'arche sans passer par l'exponentielle ? Ou faire un calcul de vitesse moyenne ?
On peut le faire (de façon inexacte) en passant par l'énergie cinétique mais je craint que ça ne rende pas la chose plus accessible, vu que le concept s'aborde au lycée. Mais l'équation fondamentale de l'astronautique s'aborde relativement facilement "avec les mains", je peux rédiger quelque chose d'accessible que tu adapterais au besoin.
Sinon, faire le calcul de la vitesse moyenne engendre une erreur assez modeste, d'autant plus que le trajet est long (pour epsilon eridani la vitesse la vitesse moyenne 10,5 al/752 ans est de 4190 km/s soit 93% de la vitesse de vol libre), mais cela ne permet pas d'expliquer la quantité de carburant, ni aucun aspect clé de la propulsion.
23) Eau : je cherche la quantité d'eau consommée par un être humain pour faire des calculs par rapport à la population. cela impliquerait l'eau potable que l'utilisation de l'eau dans d'autres domaines.
Tu as un document ici :
http://www.eaufrance.fr/IMG/pdf/Eau_de_consommation.pdf
En résumé, 150 l/français/j semble une moyenne acceptable. On peut calquer la consommation des archonautes là dessus.
24) Nourriture : je cherche la quantité de nourriture consommée par un être humain, et le cas échéant les déchets qui peuvent en résulter ?
En énergie, cela représente pour un adulte ~10 MJ et en fèces, disons 1,8 kg.
Tu peux détailler avec le Quid (oui, ça existe encore...)
Merci
Au plan pédagogique ça permet d'appréhender l'idée d'un monde fini de façon radicale, mais sans passer par le catalogue un peu chagrin des misères de notre pov' monde
a+
Waldham a écrit:L'image que tu as mis au dessus pour la représentation n'est pas visible.
Chez moi ça marche
Je t'ai envoyé un MP.
Citer:
Programme Physique-Chimie (5ème)
Pour les questions suivantes, je cherche les informations en rapport avec le thème abordé : chiffres, liens et sites internets, les formules de calculs existants toujours dans l'optique que cela soit accessible à des cinquièmes.
Pour les questions suivantes, je cherche les informations en rapport avec le thème abordé : chiffres, liens et sites internets, les formules de calculs existants toujours dans l'optique que cela soit accessible à des cinquièmes.
20) L'arche et les chiffres clés
- masse de l'arche : 20 Gt (Gt=gigatonnes, l'équivalent en masse d'une sphère d'eau de 3,4 km de diamètre)
- masse de carburant : 16,5 Gt
- vitesse de croisière : 4500 km/s
- surface habitable : 314 km2
21)L'arche peut elle profiter des attractions des planètes pour gagner de la vitesse ?
Oui, mais ça présente un intérêt marginal. Le surcroit potentiel de vitesse acquis par "fronde gravitationnelle" dans le repère héliocentrique est égal à la vitesse orbitale de l'astre attracteur, auquel on "emprunte" de la vitesse. Soit par exemple pour Jupiter, 13 km/s. C'est un maximum (pour un corps faiblement motorisé ; il est possible de magnifier l'effet de fronde en accélérant fortement au périgée mais ce n'est pas possible pour l'Arche qui au maximum de se puissance permet une accélération de 2 mm/s2). Un tel gain de vitesse représente à peine 0,3% de ce que l'on vise.
22) Est il possible de calculer la vitesse de l'arche sans passer par l'exponentielle ? Ou faire un calcul de vitesse moyenne ?
On peut le faire (de façon inexacte) en passant par l'énergie cinétique mais je craint que ça ne rende pas la chose plus accessible, vu que le concept s'aborde au lycée. Mais l'équation fondamentale de l'astronautique s'aborde relativement facilement "avec les mains", je peux rédiger quelque chose d'accessible que tu adapterais au besoin.
Sinon, faire le calcul de la vitesse moyenne engendre une erreur assez modeste, d'autant plus que le trajet est long (pour epsilon eridani la vitesse la vitesse moyenne 10,5 al/752 ans est de 4190 km/s soit 93% de la vitesse de vol libre), mais cela ne permet pas d'expliquer la quantité de carburant, ni aucun aspect clé de la propulsion.
23) Eau : je cherche la quantité d'eau consommée par un être humain pour faire des calculs par rapport à la population. cela impliquerait l'eau potable que l'utilisation de l'eau dans d'autres domaines.
Tu as un document ici :
http://www.eaufrance.fr/IMG/pdf/Eau_de_consommation.pdf
En résumé, 150 l/français/j semble une moyenne acceptable. On peut calquer la consommation des archonautes là dessus.
24) Nourriture : je cherche la quantité de nourriture consommée par un être humain, et le cas échéant les déchets qui peuvent en résulter ?
En énergie, cela représente pour un adulte ~10 MJ et en fèces, disons 1,8 kg.
Tu peux détailler avec le Quid (oui, ça existe encore...)
Citer:
Le concept de l'arche par son aspect végétal me plait, ça me fait penser à vaisseau spatial écolo.
Je suis en train de chercher des infos pour tout ce qui est lié aux déchets, aux économies d'énergie, énergies et matières renouvelables.
Je suis en train de chercher des infos pour tout ce qui est lié aux déchets, aux économies d'énergie, énergies et matières renouvelables.
Merci
Au plan pédagogique ça permet d'appréhender l'idée d'un monde fini de façon radicale, mais sans passer par le catalogue un peu chagrin des misères de notre pov' monde
a+
Waldham le 21 Octobre 2009 14:31
J'ai trouvé ce pdf concernant le fait de survivre dans un environnement fermé.
Il y a un tableau répertoriant la quantité par personne et par jour des produits de consommation (oxygène, eau nourriture) et des déchets (CO2, eau, solides) en page 5.
Ecosystéme fermé
Dans l'optique où l'arche arrive à destination, comment les archonautes débarquent ils sur la nouvelle planète ?
Petits vaisseaux ? L'entrée de l'arche dans l'atmosphère de cette planète est elle envisageable ?
Une utilisation de ce qui constitue l'arche comme matériau et autre pour l'établissement d'une colonie est il possible ?
Question hors sujet :
à quoi correspond par exemple le 5e secondaire (11e année) et niveau collégial (12e année) au Canada avec la France ?
Expérience avancée sur les plantes en orbite (APEX-Cambium)
quelqu'un sait s'ils sont revenues avec les arbres et ce que ça a donné ?
Wikipédia :
Est il envisageable d'utiliser ce dihydrogène pour la propulsion de l'arche ?
si je me souviens bien l'arche se propulse grâce à du deutérieum et de l'hydrogène
Il y a un tableau répertoriant la quantité par personne et par jour des produits de consommation (oxygène, eau nourriture) et des déchets (CO2, eau, solides) en page 5.
Ecosystéme fermé
Dans l'optique où l'arche arrive à destination, comment les archonautes débarquent ils sur la nouvelle planète ?
Petits vaisseaux ? L'entrée de l'arche dans l'atmosphère de cette planète est elle envisageable ?
Une utilisation de ce qui constitue l'arche comme matériau et autre pour l'établissement d'une colonie est il possible ?
Question hors sujet :
à quoi correspond par exemple le 5e secondaire (11e année) et niveau collégial (12e année) au Canada avec la France ?
Expérience avancée sur les plantes en orbite (APEX-Cambium)
quelqu'un sait s'ils sont revenues avec les arbres et ce que ça a donné ?
Wikipédia :
Citer:
le dihydrogène (bio-hydrogène) : le reformage du bio-méthane permet de produire du dihydrogène. Ce dernier peut également être produit par voie bactérienne ou microalgale[
Est il envisageable d'utiliser ce dihydrogène pour la propulsion de l'arche ?
si je me souviens bien l'arche se propulse grâce à du deutérieum et de l'hydrogène
Gilgamesh Moderator le 24 Octobre 2009 01:45
Waldham a écrit:J'ai trouvé ce pdf concernant le fait de survivre dans un environnement fermé.
Il y a un tableau répertoriant la quantité par personne et par jour des produits de consommation (oxygène, eau nourriture) et des déchets (CO2, eau, solides) en page 5.
Ecosystéme fermé
Il y a un tableau répertoriant la quantité par personne et par jour des produits de consommation (oxygène, eau nourriture) et des déchets (CO2, eau, solides) en page 5.
Ecosystéme fermé
Bonne pêche, j'ai lu et c'est du bon, tu peux t'y fier.
Citer:
Dans l'optique où l'arche arrive à destination, comment les archonautes débarquent ils sur la nouvelle planète ?
Petits vaisseaux ? L'entrée de l'arche dans l'atmosphère de cette planète est elle envisageable ?
Petits vaisseaux ? L'entrée de l'arche dans l'atmosphère de cette planète est elle envisageable ?
Oui, petits vaisseaux.
L'Arche est un petit astre qui ne peut ni se poser sans dommage ni plus décoller de la surface d'une planète qu'un astéroide.
Aucune structure creuse à parois fine (comparativement à son volume), ne peut acquerrir une solidité structurelle suffisante pour s'accoler sans dommage à une surface rigide en champs de gravité fort. L'Arche est une structure qui ne peut maintenir sa forme qu'en chute libre dans le vide.
Pour le débarquement on imagine une flottille d'une douzaine de navettes à propulsion mixte (in vacuum et atmosphérique) pouvant contenir chacune moins d'une centaine de personnes. La taille et le nombre des transports sont proportionnés à la faiblesse prévisible du rythme de débarquement. Seule une fraction débarquera dans l'immédiat et prendre, disons, 3 à 5 ans pour que tous les archonautes posent le pieds à la surface de la nouvelle planète (avant pour la plupart de remonter à bord) ne me semble pas impensable.
Bien entendu l'atteinte d'un but planétaire soigneusement étudié pendant pas loin d'un millénaire constituerait un moment d'un grandiose impérissable. Mais ça ne signifie pas un débarquement en force dans la mesure où, si l'Arche atteint ces contrée en ces durées, elle constitue forcément un lieu d'habitat en permanence agréable, sensiblement plus que la planète, probablement invivable tête nue en l'état, où on prend pieds.
Citer:
Une utilisation de ce qui constitue l'arche comme matériau et autre pour l'établissement d'une colonie est il possible ?
Certainement peu. De quoi produire des machines c'est tout. Pour établir un projet un tant soit peu sérieux de terraformation de la planète cible, il faut une base-lieu de vie absolument intacte, au summum de son habitabilité et de sa productivité, notamment manufacturière et énergétique.
Sur un échéance longue, en bonne structure vivante, l'Arche doit faire des petits, sur sa nouvelle orbite.
Citer:
Question hors sujet :
à quoi correspond par exemple le 5e secondaire (11e année) et niveau collégial (12e année) au Canada avec la France ?
à quoi correspond par exemple le 5e secondaire (11e année) et niveau collégial (12e année) au Canada avec la France ?
Mmmh, je ne sais pas. Y'a t'il un Canadien dans la salle ?
Citer:
Expérience avancée sur les plantes en orbite (APEX-Cambium)
quelqu'un sait s'ils sont revenues avec les arbres et ce que ça a donné ?
quelqu'un sait s'ils sont revenues avec les arbres et ce que ça a donné ?
Intéressant...
L'expérience n'est pas encore lancée (prévu pour la mission de navette STS-129 = 12 nov 2009).
Citer:
Wikipédia :
le dihydrogène (bio-hydrogène) : le reformage du bio-méthane permet de produire du dihydrogène. Ce dernier peut également être produit par voie bactérienne ou microalgale
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Est il envisageable d'utiliser ce dihydrogène pour la propulsion de l'arche ?
le dihydrogène (bio-hydrogène) : le reformage du bio-méthane permet de produire du dihydrogène. Ce dernier peut également être produit par voie bactérienne ou microalgale
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Est il envisageable d'utiliser ce dihydrogène pour la propulsion de l'arche ?
Non, aucun carburant chimique n'est envisageable, c'est totalement hors de proportion avec la puissance nécessaire.
Citer:
si je me souviens bien l'arche se propulse grâce à du deutérieum et de l'hydrogène
Oui, mais ce qui nous intéresse, c'est l'énergie du noyau de deutérium, pas l'énergie potentielle stockée dans une réduction chimique préalable de l'eau ou autre molécule hydrogénée pour obtenir une gaz combustible chimiquement.
Par contre, bien entendu que pour former de la glace de deutérium pure en ces quantité (16 Gt) il va falloir dissocier moélculairement des palanquées d'eau en O+H, dissociation suivie d'une séparation isotopique : le deutérium représente environ un 10-4 de l'hydrogène, cela donne en ordre de grandeur le ratio entre le nombre de molécule d'eau à traiter et la quantité voulue d'atome de deutérium.
On peut éviter éviter l'étape de dissociation par séparation isotopique directe du gaz de l'atmosphère de planètes géantes. Probablement Uranus : son champs de gravité au sein de l'atmosphère est comparable à celui de la Terre (alors que Jupiter et Saturne, plus proches constituent des puits de gravité beaucoup plus profonds) et elle est plus proche que Neptune, autre candidate éligible au titre de la première raison.
Si c'est de l'eau qu'on distille il y a deux origines possibles : les astéroides et les océans terrestres. L'océan terrestre est incontestablement plus pratiquable technologiquement mais d'un autre côté, si on choisit d'extraire les autres éléments nécessaires à la croissance de l'Arche d'un astéroide, celui ci est composé au 3/4 d'eau environ et constitue une source inépuisable en masse, à très faible champs de gravité.
a+
Gilgamesh Moderator le 08 Novembre 2009 19:16
Question de Waldham
(edité par erreur !
)
Un petit lien sur wiki à propos de :
l'hydroponie
L'ultraponie semble la solution la plus intéressante pour cultiver dans l'espace vis à vis des avantages et inconvénients.
1) Je cherche des infos sur la productivité des différentes plantes qui pourraient servir de nourriture.
Sachant qu'ici, il parle d'une augmentation de productivité de 800 %.
2) Je cherche aussi la consommation d'eau, d'électricité, d'engrais et de phyto-sanitaires.
3) Le compost peut il remplacer l'engrais ? Une idée de la quantité de compost produit par rapport à une quantité de déchets ?
4) Je cherche des infos sur l'éclairage artificiel.
5) Je cherche des infos concernant la pile à combustible à hydrogène. A savoir la production d'eau, de chaleur, d'électricité.
(edité par erreur !
)Un petit lien sur wiki à propos de :
l'hydroponie
L'ultraponie semble la solution la plus intéressante pour cultiver dans l'espace vis à vis des avantages et inconvénients.
1) Je cherche des infos sur la productivité des différentes plantes qui pourraient servir de nourriture.
Sachant qu'ici, il parle d'une augmentation de productivité de 800 %.
2) Je cherche aussi la consommation d'eau, d'électricité, d'engrais et de phyto-sanitaires.
3) Le compost peut il remplacer l'engrais ? Une idée de la quantité de compost produit par rapport à une quantité de déchets ?
4) Je cherche des infos sur l'éclairage artificiel.
5) Je cherche des infos concernant la pile à combustible à hydrogène. A savoir la production d'eau, de chaleur, d'électricité.
Gilgamesh Moderator le 08 Novembre 2009 19:16
Salut Waldham,
L'utilisation d'un brouillard d'eau nutritive en lieu et place d'un sol est effectivement une solution intéressante mais à mon sens circonstanciée à certains usages, dans le cadre de l'Arche. On peut élargir le cadre de réflexion mais là il faudrait que tu me guide sur ce que tu envisages pour tes élèves. Entre la Station Internationale et l'Arche il y a une différences d'échelles...
Pour l'Arche en tout cas, l'usage d'une telle solution est assez restreinte mais elle m'intéresse par exemple pour alléger la "chaine de montagne" de l'Arche (baptisons là : Atlas, elle supporte le climat), qu'on voudrait la plus haute possible mais avec un poids surfacique limité à 20 t/m² (structure + sol+ biomasse). L'Atlas est formée de paliers étagés de végétations luxuriantes, avec possiblement là dedans des arbres de grandes dimensions et de gros diamètres. Il faudrait à la fois permettre un enracinement puissant (autours d'un réseau de câbles par exemple) et un minimum de sol pour limiter son poids, l'ultraponie offre une solution pour alimenter le chevelu racinaire avec un sol aérien sous quelques mètres de sol végétal. Ce n'est pas exactement de la culture de tomates sous serres...
Dans le cadre du Moyeu, j'ai besoin d'une chemise d'eau pleine pour protéger la structure des rayons cosmiques ; et il me semble que l'optimum de production de biomasse est plus facilement atteint avec des végétaux quasi-monocellulaires en solution dans une eau saturée de nutriment et fortement éclairée.
A la base il faut se figurer que le rendement de la transformation lumière -> énergie chimique est lié au rendement de Carnot.
La source froide c'est le température de la plante (Tf ~ 300K) et la source chaude c'est la température du photon (Tc~ 6000K).
Le rendement max (indépassable) est donné par r = 1-Tf/Tc soit ici 0,95.
Au niveau moléculaire (au niveau de l'antenne de chlorophylle, dans sa capacité à capter les photons incidents et à les transformer en électrons circulants) on n'est pas loin de ce rendement, par contre au niveau biomasse on tombe à quelque chose de l'ordre de 5% comme déjà évoqué. Multiplier ce rendement par 8 ou 10 n'est pas un objectif déraisonnable à l'échéance à laquelle on se situe, pour certaine production en tout cas, dont celles qui auraient lieu dans la chemise d'eau du Moyeu, de nature assez industrielles. Ce ne serait pas de l'ultraponie tel que je l'envisage mais on n'est pas obligé non plus de figer les choix à une technique du XXIe siècle, même pour le présenter aux élèves.
Dans le cadre d'un espace clôt, la seule chose consommée véritablement est l'énergie, le reste ce sont des flux de recyclages. Maintenant pour quantifier ces flux "matière" (eau et nutriment, pour les phyto, c'est vraiment top infime et circonstancié à un type de lutte pour être quantifiable même en théorie) il faudrait se fixer sur une végétal modèle pour fixer les choses, en fonction d'un usage : alimentation, textile, engrai azoté...
Je connais un des spécialistes français de la question, je vais voir s'il veut bien apporter ses lumières.
A la base, le compost "redonne ce qu'on lui donne" au niveau nutriment. C'est juste une technique de remise en circulation de la matière vivante sous une forme agronomiquement bénéfique (incluant l'apport à la texture des sols). L'élément clé (entendre : usuellement limitant) pour la croissance des végétaux étant l'azote, l'apport puremnt nutritionnel va dépendre de la richesse en protéines du subtsrat.
La difficulté fondamentale est de reconstituer le spectre de la lumière qui est un spectre de corps noir à 6000K. Après réflexion, il est àmha hors de question de reconstituer un sphère de plasma de forte densité (pour avoir une bonne émittance) à 6000K dans les entrefers d'une bobine. Ce serait un petite bombe. Il me semble plus accessible de reconstituer une spectre thermique à l'aide d'un patchwork d'éléments non thermiques (émettant "à froid" cad à qq centaine de K, à température ambiante dans l'idéal) chascun quasi monochromatique et reconstituant de façon précise le spectre voulu. Sachant que pour un environnement clot rémettant "sur lui même", on peut se passer de 50% de la puissance émise dans les infra rouge puisque chaque élément de la surface intérieur sera éclairé dans cette portion du spectre par les surfaces en vis à vis. On cherche donc uniquement un peu d'UV et de l'optique (0,3-0,5 µm).
C'est pour en faire quoi ?
a+
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Un petit lien sur wiki à propos de :
l'hydroponie
L'ultraponie semble la solution la plus intéressante pour cultiver dans l'espace vis à vis des avantages et inconvénients.
l'hydroponie
L'ultraponie semble la solution la plus intéressante pour cultiver dans l'espace vis à vis des avantages et inconvénients.
L'utilisation d'un brouillard d'eau nutritive en lieu et place d'un sol est effectivement une solution intéressante mais à mon sens circonstanciée à certains usages, dans le cadre de l'Arche. On peut élargir le cadre de réflexion mais là il faudrait que tu me guide sur ce que tu envisages pour tes élèves. Entre la Station Internationale et l'Arche il y a une différences d'échelles...
Pour l'Arche en tout cas, l'usage d'une telle solution est assez restreinte mais elle m'intéresse par exemple pour alléger la "chaine de montagne" de l'Arche (baptisons là : Atlas, elle supporte le climat), qu'on voudrait la plus haute possible mais avec un poids surfacique limité à 20 t/m² (structure + sol+ biomasse). L'Atlas est formée de paliers étagés de végétations luxuriantes, avec possiblement là dedans des arbres de grandes dimensions et de gros diamètres. Il faudrait à la fois permettre un enracinement puissant (autours d'un réseau de câbles par exemple) et un minimum de sol pour limiter son poids, l'ultraponie offre une solution pour alimenter le chevelu racinaire avec un sol aérien sous quelques mètres de sol végétal. Ce n'est pas exactement de la culture de tomates sous serres...
Dans le cadre du Moyeu, j'ai besoin d'une chemise d'eau pleine pour protéger la structure des rayons cosmiques ; et il me semble que l'optimum de production de biomasse est plus facilement atteint avec des végétaux quasi-monocellulaires en solution dans une eau saturée de nutriment et fortement éclairée.
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1) Je cherche des infos sur la productivité des différentes plantes qui pourraient servir de nourriture.
Sachant qu'ici, il parle d'une augmentation de productivité de 800 %.
Sachant qu'ici, il parle d'une augmentation de productivité de 800 %.
A la base il faut se figurer que le rendement de la transformation lumière -> énergie chimique est lié au rendement de Carnot.
La source froide c'est le température de la plante (Tf ~ 300K) et la source chaude c'est la température du photon (Tc~ 6000K).
Le rendement max (indépassable) est donné par r = 1-Tf/Tc soit ici 0,95.
Au niveau moléculaire (au niveau de l'antenne de chlorophylle, dans sa capacité à capter les photons incidents et à les transformer en électrons circulants) on n'est pas loin de ce rendement, par contre au niveau biomasse on tombe à quelque chose de l'ordre de 5% comme déjà évoqué. Multiplier ce rendement par 8 ou 10 n'est pas un objectif déraisonnable à l'échéance à laquelle on se situe, pour certaine production en tout cas, dont celles qui auraient lieu dans la chemise d'eau du Moyeu, de nature assez industrielles. Ce ne serait pas de l'ultraponie tel que je l'envisage mais on n'est pas obligé non plus de figer les choix à une technique du XXIe siècle, même pour le présenter aux élèves.
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2) Je cherche aussi la consommation d'eau, d'électricité, d'engrais et de phyto-sanitaires.
Dans le cadre d'un espace clôt, la seule chose consommée véritablement est l'énergie, le reste ce sont des flux de recyclages. Maintenant pour quantifier ces flux "matière" (eau et nutriment, pour les phyto, c'est vraiment top infime et circonstancié à un type de lutte pour être quantifiable même en théorie) il faudrait se fixer sur une végétal modèle pour fixer les choses, en fonction d'un usage : alimentation, textile, engrai azoté...
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3) Le compost peut il remplacer l'engrais ? Une idée de la quantité de compost produit par rapport à une quantité de déchets ?
Je connais un des spécialistes français de la question, je vais voir s'il veut bien apporter ses lumières.
A la base, le compost "redonne ce qu'on lui donne" au niveau nutriment. C'est juste une technique de remise en circulation de la matière vivante sous une forme agronomiquement bénéfique (incluant l'apport à la texture des sols). L'élément clé (entendre : usuellement limitant) pour la croissance des végétaux étant l'azote, l'apport puremnt nutritionnel va dépendre de la richesse en protéines du subtsrat.
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4) Je cherche des infos sur l'éclairage artificiel.
La difficulté fondamentale est de reconstituer le spectre de la lumière qui est un spectre de corps noir à 6000K. Après réflexion, il est àmha hors de question de reconstituer un sphère de plasma de forte densité (pour avoir une bonne émittance) à 6000K dans les entrefers d'une bobine. Ce serait un petite bombe. Il me semble plus accessible de reconstituer une spectre thermique à l'aide d'un patchwork d'éléments non thermiques (émettant "à froid" cad à qq centaine de K, à température ambiante dans l'idéal) chascun quasi monochromatique et reconstituant de façon précise le spectre voulu. Sachant que pour un environnement clot rémettant "sur lui même", on peut se passer de 50% de la puissance émise dans les infra rouge puisque chaque élément de la surface intérieur sera éclairé dans cette portion du spectre par les surfaces en vis à vis. On cherche donc uniquement un peu d'UV et de l'optique (0,3-0,5 µm).
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5) Je cherche des infos concernant la pile à combustible à hydrogène. A savoir la production d'eau, de chaleur, d'électricité.
C'est pour en faire quoi ?
a+
Waldham le 09 Novembre 2009 09:21
C'est pour en faire un producteur d'électricité, d'eau et de chaleur.
Le membre du CA préfère faire un voyage sur une courte durée, et non sur une longue échéance comme pour l'arche.
Le membre du CA préfère faire un voyage sur une courte durée, et non sur une longue échéance comme pour l'arche.
Gilgamesh Moderator le 14 Novembre 2009 19:12
Waldham a écrit:C'est pour en faire un producteur d'électricité, d'eau et de chaleur.
Le membre du CA préfère faire un voyage sur une courte durée, et non sur une longue échéance comme pour l'arche.
Le membre du CA préfère faire un voyage sur une courte durée, et non sur une longue échéance comme pour l'arche.
Ok. Ca peut se comprendre. Mais est ce qu'on poursuit dans l'idée d'un scénario cohérent (aller retour en "une vie") avec un GRÖSS quantité d'énergie (comme expliqué dans la première réponse) ? Parce que si on est cohérent, les schémas d'économie d'énergie sont évidemment assez spécieux pour qq centaines de personnes dans un vaisseau relativiste qui dégouline d'énergie de propulsion
J'aime bien les scénarios cohérents et je pense que ça participe à l'efficacité pédagogique.
J'entend bien que le but de l'exercice c'est de leur faire découvrir les exigence d'une environnement "fini", qui est un des objectif majeur de la pensée écologique rationnellement transmissible, sans pathos évangélisateur.
Mais on le peut à un niveau supérieur justement en se plaçant dans le jeu intellectuel : "si j'avais de l'énergie...". Comment déplace t'on les équilibres avec la chaleur, la luminosité, les flux d'air et d'eau, le cycle des éléments...
Donc y'a un choix pédagogique assez intéressant à faire à mon sens pour maintenir la cohérence du "jeu d'essai" dans lequel on demande aux élève de s'investir en imagination, tout en leur ouvrant à la pensée d'un monde en interaction homme-nature.
Pour le dire plus crument, imaginer une pile à combustible dans un tel environnement (même restreint à une petite serre élémentaire) c'est un peu se demander combien de chevaux pour tirer le métro de Paris... Ceci dit, ça reste drôle et pédagogique mais c'est un peu plus jeu de société sur plateau
C'est bien aussi...a+
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