Atelier Scientifique Vilgénis
Nous avons découvert le projet éco-cooler sur internet. Il était utilisé au Bangladesh pour permettre de faire face aux fortes chaleurs.
Au sein de l'atelier, un débat est vite apparu : mythe ou réalité ? Certains étaient enthousiastes, d'autres doutaient qu'un système si performant soit si peu utilisé en ces périodes d'économie d’énergie.
Nous avons donc voulu tester ce système et créer notre propre éco-cooler.
Le projet éco-cooler est un système de climatisation sans électricité. Le principe est simple et ingénieux : des bouteilles sont encastrées dans une plaque, l’air chaud entre par le côté évasé de la bouteille et en ressort plus frais par le goulot. A titre de comparaison, c’est le même phénomène que celui observable lorsqu’on on souffle sur sa main : avec la bouche grande ouverte, on a une sensation de chaud ; avec les lèvres resserrées on a une sensation de froid.
L'air rentrant dans la bouteille par le côté large et ressortant par le goulot, la pression varie et l'air s’en retrouve ainsi refroidi.
Nous avons alors voulu tester ce projet. Pour cela, nous avons nous-même réalisé une plaque aux dimensions de nos fenêtres. (voir vidéo sur Youtube ).
Mesures effectuées avec notre Eco-cooler
Malheureusement, étant en hiver, nous n’avons pas pu concrétiser ce projet. Nous avons tout de même pu, durant les derniers jours de l’été, réaliser de premiers essais. Nous avions alors observé un effet de froid sur quelques centimètres derrière les bouteilles. Afin de vérifier cette différence de température, nous avons effectué des premiers essais de relevés de température. Néanmoins, nous n’avons pu faire que trop peu d’essais pour que les résultats soient significatifs.
Nous avons réalisé une maquette comportant deux espaces séparés par une plaque symbolisant notre fenêtre : un espace correspondant à l'extérieur et un espace représentant notre salle. Nous avons d’abord cherché le matériau qui allait représenter les murs de la salle ainsi que l’extérieur. Nous avons choisi le polystyrène, car son effet isolant présente un grand avantage.
Une fois les croquis en 3D réalisés nous avons commencé la construction de la maquette. Nous avons rencontré divers problèmes : quelle colle utiliser ? comment faire tenir la paroi ? des problèmes de pont thermique.
Maquette réalisée avec logiciel 3D
Ensuite nous avons essayé de trouver un moyen de chauffer les espaces, ainsi que de mesurer la différence de température entre les deux espaces. Nous avons tout d’abord pensé à utiliser un sèche-cheveux. Cependant, nous avons réalisé que celui-ci pourrait fausser les résultats à cause des mouvements d’air rapides qu’il pourrait créer. Ainsi, nous avons pensé à utiliser un thermostat, avec une thermo-résistance, en prenant en compte le positionnement de celle-ci. C’est un des problèmes que nous avons encore à résoudre. De plus, nous avons décidé d’utiliser les capteurs thermiques reliés à des cartes microbit. Nous utilisons régulièrement ces dernières dans le cadre du Projet YesWeCode. Ces capteurs pourraient nous permettre de mesurer la température sans perdre de temps ou de chaleur en ouvrant la maquette.
A ce jour notre maquette est réalisée, et les tests sont prévus pour le au mois de janvier. Nous avons prévu trois mois d'essai minimum.
Le 10 janvier
Aujourd’hui . nous avons retaillé la cloison de polystyrène elle forçait sur les bords et abîmait la structure nous avons aussi eu l’idée de mettre des bandes d’aluminium sur les bords latéraux de la cloison Ainsi nous évitons le frottement polystyrène/polystyrène, l’aluminium étant bien plus lisse que le polystyrène. Réalisation d’une plaque recouverte d’aluminium pour isoler les deux parties de la maquette lors du chauffage de celle ci . Il faudra la faire coulisser
Nous avons fait des trous dans notre cloison pour y insérer nos bouteilles servant à la climatisation
Le 17 janvier
Nous avons reçu nos résistances. Elle produisent trop de chaleur. Nous avons fabriqué un système pour dissiper cette chaleur.
Nous les avons emballées dans de l’aluminium en formant des ailettes, la surface d’échange est ainsi plus importante.
Nous réfléchissons à l’utilisation d’un sèche cheveux.
Les essais effectués ne sont pas satisfaisants, nous ne maitrisons pas bien ces résistances.
Le 22 janvier
Etienne et Lionel sont venus le midi pour installer la paroi en aluminium et la faire coulisser.
Le 24 janvier
Nous effectuons les premières mesures avec la maquette.
On chauffe la partie "extérieure" avec un sèche cheveux jusqu'à obtenir la température souhaitée, puis on ferme l'ouverture.
On mesure la température de chaque partie de la maquette toutes les minutes jusqu'à ce que les valeurs se stabilisent.
Analyses des résultats
Les mesures indiquent que les parois ne sont pas hermétiques, ce ne sont plus des ponts thermiques, mais des gouffres thermiques.
La maquette a été beaucoup bougé lors de l'installation de la paroi.
Nous allons renforcer les angles de la maquettes et mettre de la mousse pour isoler les bords du toit.
Le 31 janvier
La semaine dernière nous nous sommes rendu compte que la maquette n'était pas étanche à l'air. Nous avons renforcé les parois avec de l'aluminium, du scotch et le plafond avec de la mousse qui sert à isoler les portes.
Nous avons installés des capteurs thermiques dans chacune des chambres de la maquette. Ceux ci sont reliés à une carte programmable arduino.
Nous avons réalisé des mesures.
Il n'y a presque plus de déperditions.
Le 7 février
Nous avons refait une première série de mesures en suivant le même protocole, avec le sèche cheveux, que celui de la semaine dernière.
Nous avons ensuite réalisé des mesures avec notre thermostat (plaque pour vivarium)
Le 14 février
Même expérience que la semaine dernière avec le thermostat dans la chambre "extérieur".
La courbe de température intérieure est une droite de ∆T/∆t environ 0,4°C /mn
Mesures avec le thermostat dans la chambre "intérieur"
Nous poursuivons la réalisation de la deuxième maquette
Commentaire de l'Artiste :
Le bleu est l'esprit aérien et représente la fraîcheur, or nous voulons rafraichir la pièce. Cela fait un effet placebo.
Nuages et oiseaux représentent la liberté et aussi une certaine fraîcheur.
Le 14 mars
Expérience avec le thermostat dans la chambre "extérieur" et un ventilateur pour faire qu'il puisse y avoir un effet Venturi.
La courbe de température intérieure est une droite de ∆T/∆t environ 0,2°C /mn
Est ce lié à l'effet Venturi ?
Principes physiques
La grande surface est à l'extérieur, à gauche sur le schéma ci-dessous.
On obtient que la température intérieure est inférieure à celle de l'extérieur T+ et T-
D'après le tableau ci-dessus la température de la pièce baisse mais à proximité des ouvertures.
Il y a une sensation de fraicheur à proximité des bouteilles, lié au vent rafraichi par l'effet Venturi.
19 avril
Nous nous retrouvons pour préparer la fin d'année :
Expériences eco-cooler.
Sorties.
Préparation oral de Lorient.
A cette occasion nous avons réalisé des mesures avec notre prototype.
16 mai
Les expériences de la semaine passée ont été catastrophiques. A force de servir, d'être déplacée, notre maquette est abimée.
Nous l'avons renforcé et mis du papier aluminium tout autour.
Nous avons gagné 2°C
Expérience :
Extérieur Thermostat 40°C + ventilateur 2m/s
Intérieur sèche cheveux
Maquette recouverte d'aluminium
23 mai
On recommence les expériences sans le ventilateur.
Les mesures sont de nouveau réalisées avec notre montage Arduino.
Sans ventilateur la température dans la salle ne baisse pas alors qu'elle baisse de deux degrés avec le ventilateur avec une vitesse de 2m/s
23 mai
Notre Eco-cooler rafraîchit la pièce,. Il fait baisser la température à proximité des ouvertures des bouteilles. Mais qu'en est-il en s'éloignant des ouvertures ?
Si la vitesse est de 10 m/s à 20 cm de l'ouverture il n'y a quasiment plus d'écart avec la température de la pièce.
La formule ci-dessous correspond aux hypothèses suivantes :
La zone à la sortie de l'éco-cooler est un thermostat à la température T1 ayant la forme d'une demie-boule de rayon R1.
A l'infini la température est T2
Bien sur ce sont des hypothèses trop fortes mais c'est tout ce qui était envisageable à notre niveau.
