Le Monde et Nous

Partir à la découverte du monde qui nous entoure, comprendre quelques phénomènes de la nature, observer, se tenir informés des découvertes scientiques ...

27 septembre 2007

Des fabricants de nuages

Bonjour à tous,

J'inaugure aujourd'hui ma rubrique "Industrie et Techniques" pour vous parler d'une technique de réfrigération de l'eau et mettre un peu de lumière au sujet des réfrigérants atmosphériques : cet article m'a été suggéré à la suite d'un reportage télévisé puis d'articles sur Internet qui induisent en erreur le lecteur ou spectateur non averti.

Qu'est ce qu'un réfrigérant atmosphérique ou aéroréfrigérant ?

C'est une construction en béton en forme d'hyperboloïde qu'on peut souvent admirer, découvrir   aux abords des centrales thermiques ou nucléaires.

Qu'est ce donc qu'un hyperboloïde ? En maths, c'est une surface de révolution décrite par la rotation d'une hyperbole autour de son axe...cela ne vous avance peut-être pas !

Dans votre cuisine, surtout dans les années 70, c'était ceci

diabolo

Vous avez donc sûrement en tête cette construction bizarre, non ?

refrig

A quoi sert-il ?

Tout d'abord, il ne s'agit pas (comme on pourrait le penser à la lecture de certains papiers) d'une cheminée d'usine crachant moultes polluants atmosphériques...

mais d'un gigantesque échangeur de chaleur (100 m de haut) qui permet de refroidir une eau trop chaude. Ce type d'installation est souvent utilisé par les centrales thermiques sauf en bordure de mer ou de rivière (ces points d'eau remplacent alors le réfrigérant).

Une conduite permet d'acheminer l'eau chaude à l'intérieur du réfrigérant tandis que l'air s'engouffre par le bas et passe sous la coque. L'eau passe alors dans des dispositifs de distribution qui permettent d'éclater le débit en de nombreuses gouttelettes avant de passer sur le corps d"échange (air montant/eau descendant)  et de retomber dans la piscine ou bassin d'eau.

La forme particulière de cet échangeur permet de créer un tirage où l'air réchauffé au contact de l'eau chaude, monte (car plus léger que l'air froid) à l'intérieur de la coque du réfrigérant. En montant, il permet de créer une depréssion favorable à l' évaporation d'une partie de l'eau à refroidir...

aeroprincipe

Le fait d'évaporer une partie de l'eau, la refroidit (tout comme lorsqu'on souffle sur nos mains mouillées...ca fait froid !). La convection de l'air permet également de refroidir.

La vapeur d'eau formée (qui va saturer l'air qui l'emporte) s'échappe ainsi hors du réfrigérant et lorsque le temps est humide ou lorsque l'air extérieur est saturé (voir l'article précédent sur les nuages), la vapeur se recondense en un panache qui n'est autre qu'un nuage...

Alors, lorsque vous verrez un réfrigérant avec un beau nuage au-dessus, n'incriminez pas l'industriel et n'ayez pas peur de la pollution, il ne s'agit que d'eau...

A bientôt.

Complément du 8/01/08 suite à la question relative aux débits mis en jeu

Ppour avoir un ordre de grandeur voici quelques chiffres :
Pour une centrale de puissance 250 MW
un réfrigérant de taille 100m en hauteur, 70 m diamètre de base
Lorsque l'unité fonctionne à pleine charge : le débit d'eau de circulation (à refroidir donc) est de 30 000 m3/h, l'évaporation est de l'ordre de 350 m3/h.
Il faut donc compenser par un appoint.

Posté par pascale72 à 00:00 - Industrie et Techniques - Commentaires [3] - Permalien [#]

12 septembre 2007

où il est question de nuages et d'avions...

Bonjour à tous,

Aujourd'hui, je vais vous parler des nuages... de quoi sont-ils constitués ? comment se forment-ils ?

Lumière sur les nuages :

nuagec

Les nuages sont des collections de petites gouttelettes d'eau et/ou de cristaux de glace dans l'atmosphère en concentrations assez grandes pour être visibles Il ne s'agit donc pas comme on le croit souvent de vapeur d'eau...

Alors pourquoi se forment-ils ? Pour répondre à cette question, il faut regarder d'un peu plus près les intéractions entre l'air et la vapeur d'eau présente dans l'air.

L'air est constitué d'un certains nombre de composés gazeux dont le d'oxygène (heureusement pour nous), de l'azote en grande partie et d'autres composants comme l'eau sous forme de vapeur d'eau. La quantité relative d'eau sous forme vapeur contenue dans l'air ambiant définit l'humidité ou encore l'hygrométrie.

Plus l'air est froid, moins il peut stocker de vapeur d'eau. A l'opposé, plus l'air est chaud, plus il peut stocker de molécules d'eau à l'état vapeur. Souvenez-vous ici, je vous racontais que la température était une mesure de l'état d'agitation d'un système. Ainsi, à haute température, les molécules d'air s'agitent dans tous les sens et s'écartent les unes des autres (d'où la dilatation des gaz quand on les chauffe) : il y a plus de place pour y loger les molécules d'eau de façon individuelle.

Quelques valeurs :

-A 0°C, l'air peut contenir jusqu’à 4,8 g de vapeur d’eau par m3

- A 10°C, l’air peut contenir  jusqu’à 9,4 g de vapeur d’eau par m3

- A 20 °C, l’air peut contenir jusqu’à 17,2 g de vapeur d’eau par m3 d’air

Les valeurs données sont un maximum, on dit qu'on a alors un air "Saturé". En dessous du maximum, on définit alors une humidité relative. 50 % d'humidité relative signifie que l'air contient la moitié de l'eau sous forme vapeur que ce qu'il pourrait contenir.

NB : L'humidité relative est un pourcentage tandis que l'humidité absolue est la quantité de vapeur / kg d'air sec.

Autre notion importante à retenir : la vapeur d'eau est un gaz INVISIBLE !! donc dès qu'on voit un filet, un nuage, un tourbillon, une trace dans le ciel ou dans l'air, ce n'est donc pas de la vapeur mais de la condensation sous forme de minuscules gouttelettes d'eau.

Lorsqu'on monte en altitude, la température décroit, ainsi que la pression (qui est le poids de la colonne d'air au-dessus), la quantité d'eau que l'air peut contenir diminue et à partir d'une certaine température ou altitude, la vapeur d'eau se condense : les molécules se regroupent pour passer à l'état liquide, sous forme de petites goutelettes ou sous forme de cristaux de glace (ce point dépend de la température rencontrée et de la présence de "points d'accroche pour les cristaux", qu'on appelle "noyeu de condensation", ce sont des micro poussières ou aérosols...).

Et quand pleut-il ?

Les gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace doivent être grossis considérablement afin d'atteindre des tailles assez grandes pour tomber sous forme de pluie ou de neige.

1 million de gouttelettes d'eau dans un nuage =  formation d'une goutte de pluie.

Et le brouillard alors ??

brouillard

C'est purement et simplement un gros nuage qui est au ras du sol. La nuit, le sol ou les objets se refroidissent généralement plus vite que l'air chargé d'une certaine quantité de vapeur d'eau, il y a donc une inversion de température. L'air près du sol devient alors vite saturé en humidité et tout l'excédent se condense : d'où l'apparition du brouillard. LE brouillard apparaît aussi au-dessus des cours d'eau, des lacs qui par évaporation saturent l'air puis dépassent la saturation.

Si le sol et les objets présents sont à une température inférieure à 0°C, les minuscules gouttelettes d'eau qui vont s'y déposer, vont former du givre : on parle alors de brouillard givrant.

Le brouillard se dissipe lorsque le réchauffement (soleil, activité humaine) permet l'évaporation des gouttelettes d'eau.

Enfin un petit mot sur les traînées des avions

trainee

Source : Hommage aux "fous volants" : du F-16 à la navette spatiale. Document T.Lombry.

Il s'agit exactement du même phénomène : les gaz d'échappement de l'avion produisent de la vapeur d'eau. Les traînées d'échappement résultent de la saturation en vapeur d'eau des couches atmosphériques traversées par l'avion; cette saturation donnant lieu à la condensation et à la solidification ensuite d'une quantité suffisamment importante de vapeur d'eau.

Merci de votre intérêt et à bientôt.

Pour en savoir plus

Posté par pascale72 à 00:00 - Nature - Commentaires [4] - Permalien [#]