Projet

Le but du projet est la purification de l’eau par vaporisation.

Mais cette méthode consomme énormément d’énergie. L’intérêt consiste donc à expérimenter une manière moins gourmande en énergie.

Partant de l’hypothèse que la quantité énergie nécessaire à l’évaporation est la même que celle qui est dégagé lors de la condensation, l’idée consiste à créer un « cycle » ou l’énergie de condensation serait réutilisé pour une nouvelle vaporisation.

La température d’ébullition étant liée à la pression, la solution consisterait donc créer une différence de pression entre les deux milieux, pour permettre l’échange d’énergie.

Le but final du projet est la création d’un prototype composé alors de deux milieux de pression différente (étanche l’un de l’autre) mais séparé par un échangeur thermique. Pour la
circulation de la vapeur ces deux milieux doivent être reliés par une pompe qui aura en plus pour but de créer la différence de pression

Nous avons donc travaillé en parallèle :

  •  L’étude du phénomène de variation de température en fonction de la pression, à la fois par une documentation et une compréhension théorique mais aussi par une expérimentation et la réalisation d’une base de données personnelles (pression/température) pour la réalisation des calculs théoriques nécessaires.
  •  La création du prototype en lui même.
  • Concernant l’échange thermique : la création d’échangeur thermique (plaque, spirale, tube…) Ainsi que l’étude de la conductivité de ces échangeurs et de l’isolation du système
  • Concernant la pression : la création d’une pompe et assurer une étanchéité des milieux.

Bilan :
Notre prototype est encore loin d’être au point notamment concernant la pression.
Mais on a obtenu beaucoup résultats expérimentaux qui nous permettent de savoir le rendement possible et le rapport énergétique du système si cela fonctionnerait. Et cela nous a
donné de nouvelles idées de prototype et de projet s’appuyant sur les observations réalisées.

Comment boire l'eau de mer ?
Afin de rendre l'eau salée de la mer potable, une des solutions est de la vaporiser en la portant à ébullition puis de récupérer la vapeur d'eau. Le sel, lui ne se vaporisant pas à la même température, quitte l'eau et reste au sol.
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Notions sur la vaporisation

La transformation chimique

Une transformation chimique est la transformation d'espèces chimiques appelées réactifs en d'autres espèces chimiques appelées produits.

Cette transformation s'opère par un réarrangement des éléments chimiques.

Les entités entrantes en réaction ( réactifs ) vont se casser par rupture de certaines liaisons et libérer des éléments chimiques ou groupes d'élément chimiques.

Ces éléments ou groupes vont se combiner entre eux en formant de nouvelles liaisons donc de nouvelles espèces chimiques appelées produits.

On peut dés lors écrire un schéma globale d'une transformation chimique :

Attention ! Un changement d'état n'est pas une transformation chimique mais une transformation physique.

Lors d'une réaction chimique, l'énergie a pour habitude de diminuer. En effet, la réaction et donc l'accrochage des atomes entre eux consomme de l'énergie. L'énergie consommée par les atomes s'appelle l'énergie de liaison. Cette énergie est créée lorsque deux atomes se combinent. Ils la libèrent alors.

Pour que la réaction puisse avoir lieu, il faut que l'énergie au moment où les liaisons sont cassées et que les nouvelles ne sont pas encore créées ne soit pas trop importante. Cette barrière énergétique s'appelle l'énergie d'activation.

Dans le cadre d'une réaction chimique à température et pression constantes, on peut mesurer l'énergie au sein de la réaction grâce à une fonction. Celle-ci s'appelle l'enthalpie et se note H.

La vaporisation

A quoi sert la vapeur ?
L'énergie vapeur a été l'une des premières énergies utilisées pour les véhicules. On a alors créé des bateaux à vapeur, des voitures à vapeur et des machines à vapeur dans les usines.

La vaporisation est l'un des six changements d'état que subissent les corps. Elle se produit lorsqu'un corps passe de l'état liquide à l'état gazeux.

Il existe en tout 6 changements d'états possibles pour l'eau. Ce sont les six transformations fondamentales qui interviennent en chimie.

La fusion

La fusion intervient lorsque de la glace fond. Par exemple, un glaçon dans un verre d'eau. Il s'agit donc du passage de l'état solide à l'état liquide.

La vaporisation

La vaporisation est le passage de l'état liquide à l'état gazeux. Même si le nom est proche, cela n'a aucun rapport avec le fait de projeter de l'eau avec un vaporisateur.
La vaporisation a lieu lorsqu'on laisse évaporer de l'eau au soleil ou quand on la porte à ébullition.

La liquéfaction

Il s'agit de la transformation inverse de la vaporisation. Elle intervient quand de la vapeur d'eau se transforme en eau liquide.
La liquéfaction a lieu soit par compression : la pression qui augmente rends l'eau gazeuse liquide ou par refroidissement et dans ce cas le gaz refroidit pour devenir liquide, c'est la condensation.

La solidification

La solidification est le phénomène durant lequel l'eau liquide devient solide. Cela se produit quand elle gèle, on parle alors de congélation. L'eau se met à se solidifier une fois qu'elle descend en dessous de 0° C.
L'eau peut aussi se solidifier en cas de cristallisation ou d'augmentation de la pression.

La sublimation

La sublimation intervient quand l'eau passe directement de l'état solide à l'état gazeux. Cela fait que la glace devient vapeur sans même passer par les étapes habituelles de fusion et de vaporisation.

Cela peut arriver lorsque de l'eau très chaude entre en contact avec de l'air très froid. Elle part alors en fumée blanche (de la vapeur d'eau).

La condensation solide

La condensation solide est le phénomène qui se produit lorsque de l'eau sous forme de vapeur vient toucher une surface très froide. Par exemple, si l'on souffle sur une vitre gelée, la vapeur d'eau contenue dans notre respiration gèlera instantanément en se transformant en eau solide.

Exemples

De nombreuses vaporisations se produisent chaque jour. C'est le cas par exemple de la vaporisation de l'eau. Quand on fait chauffer de l'eau, ou quand le soleil fait évaporer l'eau des rivières et des océans, l'eau se vaporise et retrouve donc une forme gazeuse. C'est ce type de transformation chimique qui est responsable du cycle de l'eau et de la pluie.C'est un phénomène qui se forme à partir des gouttelettes contenues dans les nuages ou des cristaux de glaces qui ne sont pas assez froids pour rester congelés lors de leur chute. Il existe plusieurs formes de pluies :

  • La bruine qui est caractérisée quand les gouttes d'eau mesurent moins de 1,5 mm ;
  • La pluie verglaçante qui se forme quand les conditions de pression et température du sol sont inférieures au point de congélation alors que ce n'était pas le cas dans l'atmosphère.

L'eau

A quoi sert l'eau ?
L'eau est un élément essentiel à la vie sans lequel la vie ne serait pas apparue sur Terre il y a plusieurs millions d'années. C'est pourquoi il est important de l'utiliser avec respect.

Ses différentes formes

L'eau solide

L'eau atteint son état solide lorsque la température atteint ou descend les 0° C. Les molécules adoptent donc une structure cristalline.

L'eau liquide

On peut trouver de l'eau liquides dans les conditions climatiques habituelles de nos environnements de vie. En effet, sous pression atmosphérique normale de 1 bar et entre 0° C et 100° C, l'eau prend sa forme liquide. Elle adopte alors uns structure plus désordonnée et prends moins de place. C'est pourquoi l'eau gelée occupe plus de place que l'eau liquide.

L'eau gazeuse

La majorité de l'eau gazeuse est celle que nous respirons dans l'air. A pression normale de 1 bar et une fois passé la barre des 100° C, l'eau devient gazeuse et l'on parle alors de vapeur d'eau. C'est aussi l'état de l'eau qui s'évapore (au dessus des lacs, rivières ou océans). Les molécules d'eau sont dans leur état le plus agité lorsqu'elles sont gazeuses. L'attraction terrestre s'exerce alors moins dessus et permet au gaz de s'expanser.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.