FR3051183A1 - Distillateur solaire a tapis hydrophile et hydrophobe - Google Patents

Abstract

Dispositif de distillation d'une eau chargé en sels dissous, utilisant l'énergie solaire par effet de serre pour évaporer cette eau, puis une condensation pour récupérer l'eau distillée. Comprenant un cadre (1), une surface transparente (3) destinée à laisser passer les rayons du soleil, et sur laquelle l'eau évaporée pourra se condenser, et un fond (2). Une alimentation en eau salée permet de saturer en eau un tapis (4) muni d'une face supérieure hydrophile et d'une face inférieure (15) hydrophobe obtenue par imprégnation partielle par un polymère. L'alimentation en eau est assurée par un réservoir extérieur (27) dans lequel trempe un matériau hydrophile (26) qui, dans sa partie inférieure vient recouvrir la partie supérieure du tapis. Le dispositif a pour but d'être fabriqué et utilisé par des populations vivant dans des zones défavorisées disposant d'eau salée, mais pas d'eau potable.

Description

La présente invention concerne un dispositif de distillation d’une eau chargé en sels dissous, ou tout autre polluant, utilisant l’énergie solaire par effet de serre pour évaporer cette eau, puis une condensation pour récupérer l’eau distillée. Dans une serre fermée par une toiture transparente, on place un sol étanche de couleur noire, recouvert d’eau salée. Le soleil chauffe l'intérieur de la serre, l’eau qu’elle contient s’évapore, et vient se condenser sur la verrière plus froide. L’eau de condensation s’écoule le long de la verrière et est récupérée dans une gouttière.

Ce dispositif a été utilisé dans de grandes installations de dessalement de l’eau de mer jusque dans les années 1960, et pratiquement abandonné depuis, car peu efficace et non rentable par rapport aux techniques modernes comme l’osmose inverse.

Le dispositif objet de ce brevet a pour but d’améliorer les performances et la simplicité d’installation tout en diminuant le coût de ces dispositifs pour qu’ils puissent être fabriqués et utilisés dans des zones disposant d’eau salée ou saumâtre, mais pas d’eau potable, et ne disposant pas des moyens d’investissement et la puissance électrique nécessaire à l’installation d’appareils d’osmose inverse.

On en verra le principe sur les figures 1 et 2. Une serre fermée comprend un cadre (1 ), un fond étanche (2), une verrière transparente (3), fermant un espace clos (19), une surface ou tapis de couleur sombre (4) contient une petite quantité d’eau (9) chargée de sels. Les rayons du soleil (10) traversent la verrière (3) et viennent chauffer le volume d’air contenu dans la serre (19) donc également l’eau salée (9). L’air plus chaud peut contenir une plus grande quantité de vapeur d’eau qui peut donc s’évaporer. La vapeur d’eau HzO a pour masse moléculaire 18g/mol, alors que l’air constitué d’oxygène 32g/mol et d’azote 28g/mol est 60% plus lourd. La vapeur d’eau (13a) monte donc dans l’espace (19) jusqu’à atteindre la verrière (3). Le verre qui absorbe moins de 3% de l’énergie transmise par le soleil, ne chauffe pratiquement pas, sa température, intermédiaire entre la température de l’air extérieur et la température intérieure est ainsi plus froide que la température de la vapeur d’eau. Cette vapeur se condense, formant des gouttes (12). Si la pente de la verrière (3) est suffisante, ces gouttes, qui adhèrent à la surface par l’effet de tension de surface, coulent sur celle-ci et sont récupérées dans une gouttière (7). Pour que le système reste en fonctionnement, il faut l’alimenter en eau salée par une alimentation (6), et extraire le trop plein d’eau concentrée en sel par un système d’extraction (8).

La première installation industrielle de grande taille a été créée en 1872 par l’ingénieur Charles Wilson pour une exploitation minière à Las Salinas au Chili. Dans des conditions idéales comme celle de cette installation au Chili, la production pouvait atteindre 330 litres d’eau distillée par jour, et par module de 100m2, soit 3,3 litres par jour et par mètre carré ; ce modèle, reconnu par tous et toujours exploité, et relativement peu amélioré depuis, nous servira de référence pour toutes nos mesures. Dès le 19éme Siècle, et jusqu’à aujourd’hui de nombreux brevets ont été pris pour tenter d’en améliorer le rendement, ou la facilité d’utilisation, pour mémoire US983424, US4159228, WO2011/160654, US2455835, US4235679, US7857945, ou US3415719 de Maria Telkes chercheuse au Massachusetts Institute of Technology qui a permis la fabrication de dessalinisateurs pour canots de sauvetage, toujours très utilisé de nos jours. Ces appareils présentaient des défaut majeurs, les expériences ont montrés que l’épaisseur d’eau (19) devait rester faible pour limiter l’inertie thermique, ce qui veut dire que sur un module de 100m2 comme ceux qu’utilisait Charles Wilson, il fallait un génie civil d’une extrême précision pour obtenir un sol parfaitement plat et horizontal et ne pas dépasser 1 ou 2 cm de profondeur, d’autre part l’écart de température entre l’eau et le sol sous l’appareil peut facilement dépasser les 40°C, imposant l’interposition d’une bonne isolation.

Cela a conduit à la mise au point dans les années 1950 d’un modèle plat représenté sur la figures 3. Le principe est identique, seule la forme des éléments change. Il est décrit dans sa forme la plus aboutie dans le livre de Maria Telkes “Solar still construction” publié en 1959, et a fait l’objet de nombreux brevets, pour mémoire US2595905, US5628879, US2402737, US2445350, US2427262, US2405877 et plus récemment US2011/0139601. La boite qui contient l’espace fermé (19) est formée d’un simple cadre (1). La verrière (3) ferme cet espace sur le dessus, et le fond (2) la ferme sur le dessous. Le fond est recouvert d’un tissu sombre ou d’une mèche (4) hydrophile, dans lequel circule, lentement, par gravité un flux régulier d’eau salée (9). Un dispositif (6) alimente le tapis en eau salée, et une gouttière (13) reçoit le trop plein qui ne s’est pas évaporé, et qui s’écoule par une extraction (8). La vapeur d’eau évaporée se condense sur la verrière comme précédemment, et les gouttes d’eau ainsi distillée redescendent le long de la vitre, arrivent dans un réservoir (7) et s’écoule dans un dispositif (14).

Si nous comparons le dessalinisateur plat avec le modèle de référence, l’épaisseur de la lame d’eau salée qui circule peut, si le tapis est assez fin, n’être que de quelques dixièmes de millimètres, contre plusieurs centimètres pour le modèle de référence. La distance entre la lame d’eau (9) et la verrière (3) peut être réduit à 5 à 10 millimètres, contre quelques dizaines de centimètres, voire quelques mètres pour le modèle de référence. Ainsi le volume d’air intérieur à chauffer (19) est considérablement réduit.

Les paramètres à optimiser pour obtenir une bonne production d’eau sont :

La nature de la verrière qui doit être le plus transparent possible pour laisser passer le maximum de lumière visible et infrarouge.

Une surface de condensation maximale, et la plus froide possible.

Une circulation d’air dans le volume par convection naturelle.

Une surface de contact eau-air maximal pour optimiser l’évaporation.

Une alimentation en eau salée du tapis optimale et bien répartie.

Une orientation de l’appareil par rapport au soleil pour optimiser l’apport d’énergie.

Bien qu’aucune des inventions précédentes n’optimise simultanément tous ces points, la plupart ont néanmoins été séparément explorés et optimisés précédemment, sauf la question de la nature du textile constituant le tapis, considéré par tous comme sans incidence notable sur le résultat, et qui s’avère pourtant d’une importance majeure.

Une surface est dite hydrophile ou hydrophobe en fonction de l’angle de contact que fait une goutte d’eau avec cette surface, avec 20 à 30° le verre à vitre est hydrophile, tandis qu’avec des angles compris entre 70 et 90° les polymères artificiels sont plutôt hydrophobes. Sur une surface hydrophile, les gouttes d’eau s’étalent bien et la surface reste transparente, tandis que sur une surface hydrophobe elles restent sous forme de grosses gouttes qui réfléchissent partiellement la lumière, transformant la surface transparente en miroir. Ainsi la production du dessalinisateur baisse de 40 à 50% si on remplace le verre à vitre par un polymère transparent comme du PVC ou du Polystyrène. Les verrières classiques utilisaient donc du verre à vitre, ce qui est lourd, cher, et fragile. Les plus grandes verrières utilisaient du polytéréphtalate d'éthylène (PET), puis plus tard du polycarbonate, sous forme de films fins avec la perte de rendement signalée. Le brevet US2011/0139601 de Peter Johnstone signale que ces polymères tels que polycarbonate, le PMMA ou le PET peuvent être recouverts sur leur face interne d’une couche d’oxyde de silice, de titane ou d’aluminium, ou une gravure à l’acide, ou une couche de polymère fluoré comme le polytétrapfluoroéthylène (PTFE ou Téflon) qui les rend hydrophiles, ou super hydrophobes, donc aptes à être utilisées comme verrière. Un traitement anti UV leur permettra en outre d’avoir une transparence stable dans le temps.

Comme on peut le voir sur la figure 4, on peut doubler la surface de condensation en faisant supporter le tapis (4) par un support (5) légèrement dégagé du fond (2) Figure 4. Ainsi la vapeur peut se condenser sur la verrière (3) et sur le fond (2). Cependant, comme la vapeur monté, elle se condensera d’abord sur la verrière, et si, en laissant des espaces libres en haut et en bas, ou sur les cotés, on laisse une convection naturelle (20) se former, une petite partie pourra se condenser sur le fond. Il est à noter que le fond est toujours un peu plus chaud que la verrière, donc moins propice à la condensation, sauf si on le pose sur un réfrigérant, comme de la terre humide par exemple, ou un échangeur dans lequel circule l’eau de mer, comme par exemple dans le brevet US2595905. Autre avantage du procédé, il n’est plus nécessaire d’isoler thermiquement le fond.

Pour augmenter la capacité de vaporisation en augmentant la surface de contact eau-air on peut superposr plusieurs ensembles air-tapis-support de tapis, comme dans le brevet US2445350 ou le livre de Maria Telkes précité. Chaque ensemble supplémentaire apporte un gain de production de plus en plus faible, car la vapeur produite entre deux couches rapprochées y reste partiellement bloquée à cause de la difficulté à obtenir une convection naturelle suffisante. Dans notre laboratoire nous avons pu obtenir un gain de 6% avec deux ensemble et 2% supplémentaires avec un troisième ensemble, très éloigné de ce qui est annoncé dans le livre de Maria Telkes. Le débit d’eau salée étant très différent pour chaque ensemble, l’alimentation en eau salée devient difficile à gérer. Maria Telkes suggère d’avoir trois ensembles pour atteindre des rendements élevés, mais l’appareil devient complexe à fabriquer et à entretenir. Certaines publications proposent de poser le tapis sur un support ajouré, comme une grille, pour que l’évaporation se fasse par le dessous, ce qui ne fonctionne pas, car la vapeur ne peut pas descendre. Ceci montre que la capacité de vaporisation trop faible est un problème récurrent, mal résolu.

La matière du tapis recommandé par la plupart des brevets et publications scientifiques peut être tissé ou non tissé, d’un grammage compris entre 10 et 80 g/m2 pour le brevet US2011/0139601, tandis que Maria Telkes utilise du coton de 120 g/m2, ce qui correspond à un drap de lit classique. Tous s’accordent à ce que le tissu doit être d’un noir profond pour mieux absorber la partie visible du spectre solaire, pas trop épais, US2011/0139601 donne 200g comme valeur maxi, et très hydrophile donc absorbant pour avoir une bonne répartition de l’eau sur toute la surface. Il est préférable d’utiliser une fibre synthétique comme le polyester qui tient mieux dans le temps. Le polyester comme le coton ont la même capacité d’absorption, approximativement 3 litres d’eau par kilo de linge, mais le coton ayant une fibre creuse en forme de tube retient plus l’eau, ce que l’on peut observer dans un séchoir à linge ou une essoreuse. Tous les tests que nous avons réalisés en laboratoire montrent que la nature du tissus tissé, tricoté, non tissé, la nature de la fibre, le nombre de couches ont une influence faible sur les résultats, pourvu qu’il reste dans les limites précitées.

La plupart des auteurs ont des préconisations précises sur ie support de tapis (5), le brevet US2011/0139601 par exemple décrit une tôle réfléchissante. Les essais que nous avons mené ont montrés que cela n’avait aucune influence sur la production d’eau distillée. Le support peut être une simple grille, ou même une toile tendue, il peut être étanche ou pas. Un film de plastique étanche offrira plus de sécurité, évitant que des gouttes d’eau salée suintant sous le tapis ne tombent sur la face arrière (2).

La plupart des tissus sont hydrophiles quand iis sont humides, mais hydrophobes quand ils sont secs, c'est-à-dire que les gouttes d’eau roulent dessus sans les imprégner. Si une partie du tapis est insuffisamment alimenté en eau, elle va sécher et devenir hydrophobe, en plus avec de l’eau salée, une croûte va se former rendant cette partie définitivement inutilisable. Le tapis devra donc être alimenté sur toute sa largeur, de façon bien régulière. Mais le surplus d’eau qui arrivera jusqu’à la gouttière (13) et qui sera évacué est de l’eau chaude à la température intérieure de l’appareil, on perd ainsi de l’énergie, donc de la capacité d’évaporation. Un litre d’eau ainsi perdu ayant une différence de température de 30°C avec l’extérieur, correspond à la chaleur latente (540 calories/gramme) nécessaire pour évaporer 56 grammes d’eau. On doit donc limiter au maximum le débit d’eau circulant dans le tapis, sans jamais avoir de zone sèche, donc en excédant de peu la quantité qui s’évapore. Une installation d’un mètre carré qui produira 10 litres d’eau distillée dans la journée passera d’une production horaire voisine de zéro aux premières heures de la matinée à 1,6 litres/ heure dans les heures qui suivent le passage du soleil au zénith. On ne sait pas construire de dispositif simple régulant le débit d’alimentation en fonction de la quantité d’eau distillée produite, ou même de la température intérieure qui est assez directement corrélée, la plupart des robinets existants ont même un fonctionnement inverse. On cherchera au mieux à avoir un débit constant, correspondant à la quantité d’eau nécessaire pour éviter les zones sèches dans les heures les plus chaudes de la journée.

Notons que si la vaporisation de l’eau consomme une grande quantité d’énergie due à l’enthalpie de vaporisation de l’eau très élevée, on récupère cette énergie lors de la condensation. L’essentiel de l’énergie perdue l’est par échange thermique avec l’extérieur, perte d’eau chaude par l’eau non vaporisée, et perte de vapeur par défaut d’étanchéité, d’où la nécessité de gérer au mieux l’alimentation excédentaire en eau.

Il existe deux méthodes d’alimentation en eau de mer du tapis, soit comme sur la figure 6a et 6b, un réservoir extérieur en hauteur alimente un ou plusieurs appareils. Comme cela est décrit dans le brevet US5628879 un robinet (21) régule le débit d’eau qui passe dans un tuyau horizontal (22) muni de trous (23) sur toute sa largeur laisse passer les gouttes d’eau (24) sur le tapis. Avec des débits de l’ordre de 2 litres/heure, le dispositif doit fournir du goutte à goutte, ce qui se fait au niveau du robinet et non des trous, car ils devraient avoir un diamètre de quelques dixièmes de mm, qui se boucheraient rapidement. L’eau n’est donc pas sous pression dans le tuyau et elle s’écoule librement par les trous, les plus bas étant les mieux servis, ce qui exige, pour avoir une bonne répartition, une très rigoureuse horizontalité, incompatible avec l’environnement dans lequel sera utilisé l’appareil.

Une autre méthode décrite dans de nombreux brevets, dont US2011/0139601, et dans le livre de Maria Telkes, consiste à alimenter une gouttière (25 de la figure 7). Le haut du tapis (4) trempe dans cette gouttière, l’eau monte dans le tapis par capillarité, et redescend ensuite par gravité. L’horizontalité n’a plus besoin d’être aussi rigoureuse, mais le débit doit toujours être réglé par le robinet (21) avec précision, alors que la plupart des robinets ont un débit qui baisse lorsque la température augmente, ce qui est l’inverse de l’effet recherché.

Distance tapis-verrière :La vapeur d’eau évaporée à la surface de l’eau (9, figure 2 ) monte (13a), après condensation sur la verrière (3) l’air plus sec et plus froid redescend (13b), rencontre et se mélange (13c) à la colonne montante. Il s’en suit une importante perte de rendement. Pour en limiter les effets, la distance entre la surface de l’eau et la verrière doit être minimale, avec un dessalinisateur plat il doit en être de même pour la distance du tapis (4) à la verrière (3). Nous n’avons trouvé aucun brevet ni publication traitant de ce problème. Nos essais en laboratoire ont montrés que lorsque l’on passait d’une distance tapis/verrière de 20mm à 10mm, la production augmentait de 13%, puis encore de 4% en passant de 10 à 7mm. Une distance inférieure devient difficile à réaliser. Lorsque la verrière est faite d’un film de polycarbonate, qui est par nature souple, donc qui peut battre au vent, on doit écarter de plusieurs centimètres le tapis. Le brevet US2011/0139601 en est un bon exemple, et il a dû être complété par le brevet US2012/0285815 qui ajoute un système de tension du film pour en limiter les battements, sans pour autant pouvoir diminuer sensiblement cette distance.

Une orientation de l'appareil par rapport au soleil pour optimiser l’apport d’énergie. L’inclinaison utilisée est habituellement égale à la latitude du lieu pour que le soleil au zénith soit perpendiculaire à la verrière au moment des équinoxes et ne dépasse pas une inclinaison de 23,5° aux solstices. Néanmoins comme on utilise ta gravité pour faire circuler l’eau dans le tapis, on pourra difficilement descendre en dessous de 20° d’inclinaison. Autant il est simple de faire varier l’inclinaison de l’appareil pour suivre l’angle zénithal, d’autant qu’il suffit de le faire une fois par saison, autant il est plus difficile de changer son azimut qui change tout au long de la journée. Le verre laisse passer 90% de la lumière tant que l’incidence des rayons est supérieure à 60°, en deçà la part de la lumière qui est réfléchie augmente rapidement. Entre son lever et son coucher, le soleil parcourt un angle de 180° sur l’équateur mais 240° à 40° de latitude au solstice d’été. Dans le premier cas une verrière fixe laissera passer la lumière solaire pendant les 2/3 du temps d’ensoleillement tandis que dans le second cas seulement la moitié du temps. Il sera alors profitable de pouvoir réorienter l’appareil au moins le matin et à midi.

Bien que capables d’une production intéressante, aucun des procédés antérieurs n’a eu d’application pratique à grande échelle. L’appareil de Peter Johnstone, suivant le brevet US2011/0139601, connaissant néanmoins un succès notable en Australie, au Bengladesh et dans quelques iles du Pacifique, et est fabriqué industriellement en Australie.

Si ces procédés sont considérés comme non rentable pour des zones privilégiées, du fait notamment des coûts de génie civil pour l’installation, puis des coûts de maintenance, il n’en demeure pas moins d’une grande économie et simplicité pour les zones défavorisées, ne pouvant assurer ni le financement ni la maintenance d’installations complexes. Il convient donc d’en améliorer encore l’efficacité, ainsi que la simplicité de fabrication et de mise en œuvre, en bannissant autant que faire se peut les pièces mobiles ou sophistiquées, pour que l’appareil puisse être fabriqué par des artisans locaux disposant des ressources locales. L’invention concerne donc un dispositif de distillation d’une eau chargée en sels dissous, utilisant l’énergie solaire par effet de serre pour évaporer cette eau, puis une condensation pour récupérer l’eau distillée.

Le principe du dispositif tel qu’il est représenté sur les figures 4 et 5, est caractérisé en ce qu’il comprend une serre constituée d’une face avant transparente (3) ou verrière, laissant passer les rayons du soleil ; une face arrière (2) ; et des cotés (1); une alimentation (6) en eau salée vient humidifier un tapis (4) constitué d’un matériau hydrophile de couleur noire permettant d’absorber la partie visible du spectre solaire. Le tapis (4) est supporté par un support (5). L’excédent d’eau qui coule sur le tapis (9) est récupéré dans une gouttière (13). La serre étant orientée vers le soleil, le volume intérieur est chauffé par effet de serre, ce qui provoque une évaporation de l’eau imprégnant le tapis (9). La vapeur d’eau ainsi produite monte et se condense sur la verrière (3) et sur le fond (2) plus froids. Les gouttes (12a et 12b) descendent jusqu'à une gouttière (7).

Le tapis a la propriété d’être hydrophile sur sa face supérieure et hydrophobe sur sa face inférieure. La figure 10a montre un tissu (4) fortement grossi. Si on fait couler de l’eau dessus (6), il va s’imprégner d’eau sur toute sa surface, mais tant qu’il n’y pas d’excès d’eau, celle-ci étant soumise à la capillarité du tissu et à la gravité, circulera très lentement vers le bas. Si on met un léger excès d’eau comme sur la figure 10b, celui-ci pourra circuler dans le tissu formant une très fine lame d’eau (9). La gravité fait que cette lame d’eau circule sur la face inférieure du tissu. C’est cette lame d’eau qui sera évaporée, mais la vapeur d’eau (11) devra traverser le tissu imprégné pour pouvoir s’échapper. D’où la faible capacité de vaporisation. Si on remplit les interstices de la face inférieure du tissu par un polymère (15 figure 10c) souple, naturel comme le caoutchouc ou artificiel comme les résines acryliques ou silicones, simplement en peignant l’envers, l’eau excédentaire est alors repoussée par la couche hydrophobe et forcée de circuler sur le dessus (9 figure 10c). La quantité de vapeur ainsi produite est considérablement supérieure, puisque les essais ont montrés une production d’eau distillée de 37% supérieure, dans des conditions identiques. Si nécessaire l’adjonction d’une seconde couche de polymère (16) permet de rendre le tapis étanche et d’éviter toute perte d’eau. Si on alimente en eau un tissu normalement hydrophile, donc absorbant, il va s’imprégner sur une grande largeur par capillarité, l’eau s’écoulant à l’intérieur à une vitesse très lente. Si on augmente la quantité d’eau, la largeur imprégnée augmente. Avec le tissu hydrophile sur le dessus, hydrophobe sur le dessous, beaucoup moins absorbant, une augmentation du débit n’augmentera pas la surface imprégnée, mais produira un écoulement rapide au droit de l’alimentation, comme un micro torrent, trop rapide pour être chauffé et s’évaporer. Si on interpose entre l’alimentation et le tapis, sur la partie haute, un bandeau (17 de la figure 10d) formé d’un matériau hautement absorbant, il se forme un ménisque d’eau (18) à la limite entre les deux tissus, qui alimente en eau le tapis de façon parfaitement régulière, sur toute sa largeur. Si le tapis hydrophile sur le dessus, hydrophobe sur le dessous est la principale originalité de l’invention, c’est l’association avec ce matériau très hydrophile et absorbant, qui lui permet de fonctionner de façon sure et régulière. L’utilisation d’un simple drap de lit en polyester de 100 à 150 g/m2 noir, peint en noir sur le dessous, convient parfaitement, une nappe en toile cirée, ou un rideau occultant enrouleur en polyester imprégné de caoutchouc ou PVC sur une face, avec un bandeau en polyester de rideau occultant simple, de 250g/m2 conviennent également.

Selon l’environnement, il peut être préférable d’avoir un réservoir d’eau salée centralisé, alimentant plusieurs appareils. La figure 8 montre comment l’alimentation se fait au niveau de chaque appareil. Un robinet (21) n’a pour fonction que de couper ou ouvrir l’alimentation. Plusieurs robinets (30) de goutte à goutte réglables individuellement sont répartis sur la largeur de l’appareil, à l’extérieur de celui-ci, pour ne pas être soumis à la forte température qui y règne. Des goutte à goutte médicaux de transfusion, économiques et fiables, peuvent convenir.

Dans certains cas il peut être préférable d’avoir des alimentations individuelles pour chaque appareil. L’appareil sera muni d’un réservoir peu profond (27) horizontal sur une grande partie de la largeur de l’appareil contenant la réserve d’eau salée (28). Le bandeau de tissu absorbant (26) qui alimente en eau le tapis (4) est divisé en bandes dans sa partie supérieure, qui viennent tremper dans le réservoir (27). L’eau monte dans ces bandes par capillarité et redescend vers le tapis par gravité. Le bas du réservoir doit donc être au-dessus du tapis pour que la gravité puisse jouer. Selon les fibres, la capillarité peut faire monter l’eau jusqu’à 15 à 20 cm, mais plus la hauteur à franchir est importante, plus le débit est faible. Au cours de la journée, lorsque le niveau du réservoir baisse, le débit baisse également, or c’est dans les heures qui suivent le passage zénithal que la production est fa plus importante. O doit donc avoir un réservoir de faible hauteur et de grande surface pour éviter la baisse de débit. Dans les zones à latitude élevée le débit d’eau devra être diminué en hiver lorsque la production est plus faible. Un dispositif fixe ou mobile (32) permet de maintenir certaines bandes (31) hors de l’eau pour diminuer le débit. Ce dispositif pourra être commandé à la main ou mécaniquement. Un effet similaire pourra être obtenu si la partie haute du bandeau est formé de plusieurs couches de tissu dont une ou plusieurs couches pourront être soulevées hors de l’eau pour diminuer le débit. Le réservoir (27) ainsi que son couvercle (29) pourront avantageusement être métalliques et peints en noir, ce qui permet de préchauffer l’eau salée, et d’augmenter d’autant fa production d’eau distillée. Cette disposition offre une alimentation du tapis régulière, ne nécessite aucun robinet qui pourrait se boucher, et est un filtre supplémentaire.

Les dessins annexés illustrent l’invention :

La figure 1 est une vue en perspective d’un dessalinisateur de référence tel qu’il a été conçu en 1872 par Charles Wilson et installée à la mine de Las Salinas au Chili.

La figure 2 est une vue en coupe de ce même appareil permettant de montrer les différents éléments et d’expliquer le mode de fonctionnement.

La figure 3 est une vue en coupe d’un dessalinisateur plat tel qu’il fut inventé dans les années 1950 et qui permet de montrer l’évolution de l'appareil de Charles Wilson.

La figure 4 est une vue en coupe d’un dessalinisateur plat muni d’un support de tapis (5) permettant d’utiliser le fond (2) comme surface auxiliare de condensation.

La figure 5 est une vue en perspective éclatée permettant de bien faire ressortir les différentes couches montrées dans la figure 4, et de montrer la forme du cadre dans son ensemble.

Les figures 6a vue en coupe, 6 b vue suivant A et 7 vue en coupe qui montrent des formes bien connues d’alimentation en eau salée du tapis.

Les figures 8 est une vue suivant A et 9 vue en coupe montrent les principes d’alimentation en eau salée correspondant à l’invention.

Les figures 10 a, b, c, d sont des vues en coupe du haut du tapis, elles permettent d’expliquer le fonctionnement du tissu hydrophile/hydrophobe avec un bandeau hydrophile.

La figure 11 est une vue en coupe du dessalinisateur objet de l’invention, montrant quelques détails supplémentaires, joint de la verrière (34), cadre de verrière (35), écarteur du support de tapis (36).

La figure 12 est une vue en perspective de l’ensemble du dessalinisateur objet de l’invention montrant notamment les différentes couches du tapis et de son support, ainsi que l’alimentation

Dans la forme de réalisation préférée de l’invention, outre la nature du tapis et son alimentation en eau salée, décrits dans l’exposé de l’invention, le matériau transparent formant la verrière a une face interne hydrophile, soit du verre à vitre, soit un film polymère comme le polycarbonate, dont la face interne a subi un traitement le rendant hydrophile.

La distance du tapis à la verrière préconisée est de 10mm ou moins est particulièrement difficile à maintenir sans que le tapis ne touche par endroits la verrière. La figure 11 montre comment peut être montée la verrière (3) sur le cadre, avec un cadre de verrière (35) solidaire de celle-ci, et un joint d’étanchéité 34 qui fait le tour du cadre (1). Cadre de verrière et cadre peuvent être assemblés avec des pions (37) serrés par des tendeurs (38), bien que tout autre mode d’assemblage puisse convenir. Le joint (34) a une certaine souplesse qui ne permet pas de garantir une distance du tapis à la verrière constante. Le support de tapis (5) monté de façon relativement souple sur le cadre (1) peut être muni d’écarteurs (36) ou d’une cornière de chaque coté ayant la même fonction pour assurer une distance constante du tapis à la verrière.

La figure 12 montre que l’appareil peut être posé sur un support (33) qui permet de régler l’inclinaison du cadre (1) et du réservoir d’eau salée (27). Modifier ce réglage 4 fois par an suffit largement pour que la verrière soit sensiblement perpendiculaire aux rayons du soleil au passage zénithal. Dans les zones de latitude élevée, il pourra être utile d’orienter le cadre sensiblement plus vers l’est le matin et plus vers l’ouest l’après midi. Pour cela on peut monter le support sur un axe vertical ou sur des roulettes. Tous les dispositifs précédents sont conçus pour fonctionner soit en totale autonomie, ce qui nécessite des pompes électriques et des réservoirs, soit pour une autonomie de 24heures, le dispositif devant être rempli d’eau salée et vidé de son eau distillée chaque matin. Or un dispositif comme celui de l’invention, de par sa taille et sa maniabilité, peut être implanté à proximité du village, où une réorientation au milieu de la journée ne présente pas d’inconvénient.

Plusieurs cadres ou modules peuvent être assemblés cote à cote pour former un ensemble de grande taille dont les modules peuvent partager une ou plusieurs fonctions.

Les essais ont montrés qu’un appareil construit suivant l’invention et ces prescriptions produisait 3 fois plus d’eau distillée qu’un appareil de Charles Wilson de taille égale, pour une facilité de construction comparable, et ne nécessitait pas de travaux spécifiques de génie civil. L’invention est destinée à être utilisée dans des zones très pauvres disposant d’eau salée, soit à proximité de la mer, soit parce que les puits deviennent saumâtres après une surexploitation et des sécheresses, et ne disposant pas d’assez d’eau douce pour survivre. L’appareil peut être fabriqué par de simples bricoleurs ou de façon plus ou moins industrielle par des artisans de villes proches des zones à aider : l’organisation de l’opération, financement, fabrication, implantation, formation des utilisateurs, pouvant être assurée par des ONG, clubs service, des entreprises caritatives ou des particuliers travaillant dans ces régions. Ce brevet sera donc d’usage libre et gratuit, sous réserve qu’il ne soit pas utilisé pour un but lucratif, et que son auteur soit cité.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS 1) Dispositif de distillation solaire, destiné à permettre l’évaporation d’une eau chargée en sels dissous chauffée par l’effet de serre, et la récupération par condensation de l’eau distillée ; caractérisé en ce qu’il comprend au moins un volume fermé formé d’un cadre (1), d’un fond (2) et d’une surface transparente (3) destinée à laisser passer les rayons du soleil, et sur laquelle tout ou partie de l’eau évaporée pourra se condenser, une alimentation en eau salée (6) permettant de saturer en eau un tapis (4) comprenant une face hydrophile sur le dessus et une face hydrophobe (15) sur le dessous.
2. 2) Dispositif de distillation solaire suivant la revendication 1 dans lequel la surface hydrophobe (15) du tapis (4) a été obtenue par imprégnation du tissu hydrophile constituant le tapis avec un polymère hydrophobe.
3. 3) Dispositif de distillation solaire suivant la revendication 1 dans lequel le tapis (4) est alimenté en eau par un bandeau (17) constitué d’un matériau hydrophile et absorbant, couvrant la partie haute du tapis sur tout ou partie de la largeur de celui-ci.
4. 4) Dispositif de distillation solaire suivant la revendication 1 dans lequel l’alimentation en eau salée est assurée par un matériau hydrophile (26) dont la partie inférieure recouvre tout ou partie du haut du tapis (4), et dont la partie supérieure est formée de bandes (31) dont certaines trempent dans un réservoir d’eau salée (27) et d’autres peuvent être relevées pour régler la quantité d’eau qui monte par capillarité et redescend par gravité.
5. 5) Dispositif de distillation solaire suivant la revendication 1 dans lequel l’alimentation en eau salée est assurée par plusieurs couches d’un matériau hydrophile (26) dont la partie inférieure recouvre tout ou partie du haut du tapis (4), et dont la partie supérieure de certaines couches trempent dans un réservoir d’eau salée (27) et d’autres couches peuvent être relevées pour régler la quantité d’eau qui monte par capillarité et redescend par gravité.