Qu’est ce qu’un vortex ? C’est un écoulement tourbillonnaire où les particules fluides tournent autour d’un axe.
La première étape est donc de mieux comprendre les tourbillons naturels et de s’en inspirer pour concevoir un système au moyen de tout un attirail de tuyaux, vannes, tubes…Une première étape a déjà été franchie par les camps de l’été 2006 avec la conception d’un Vortex transparent de plus de 2,5 mètres !
Il reste également à se pencher sur la conception de nouveaux systèmes. Pourquoi pas un Vortex à plusieurs tuyaux ? Enfin, il faudra également développer toute une série d’outils et instruments de mesure afin de comparer l’eau d’entrée et celle de sortie. On peut par exemple utiliser les « I-Buttons », véritables petites merveilles sensibles au dixième de degré Celsius, ou encore développer un protocole de photographie des cristaux d’eau.

Cette semaine de recherche a servi à étudier la 3^e étape du projet vortex. Cette étape de recherche a consisté à vérifier l’action du vortex sur les matières dissoutes tel le sel (NaCl -> Na+ + Cl-). Pour ca nous avons mis en place une expérience qui va vérifier l’action du vortex sur une eau plus ou moins salé.

Par contre nous ne réduisons pas notre étude à l’eau salée mais à cause des données écologiques on ne peut pas rejeter dans la nature des produits comme des nitrates ou des sulfates, les chlorures étaient donc plus adaptés. Par contre une des parties de ces semaines a été axée sur l’élaboration d’une machine utilisable en laboratoire.

Dans ce document seront présenté les données connues du vortex, avec un plan surtout et ces dimensions, avec une présentation de la machine de laboratoire. Ensuite La présentation des 2 expériences faites durant la période de recherche avec les résultats correspondant. Et pour finir une conclusion, avec un descriptif de la suite du projet pouvant aider les futurs chercheurs sur le sujet.

Protocole de l’expérience

Préparation de la solution à épurer

Il nous faut un volume d’eau d’environ 500L dans la piscine. Pour cela il faut utiliser le débit pour connaître le volume approximatif.

Qv=V/t (1) t=v/Qv (2)

Faire couler dans une éprouvette graduée, durant un temps donnée. Grâce à la formule (1), on obtient le débit. L’opération doit être répétée plusieurs fois afin d’obtenir une moyenne.
Grâce à (2), on obtient le temps nécessaire pour avoir un volume donné en fonction du temps.
Pour la dissolution du sel il est plus intéressant de dissoudre dans un petit volume avant et de faire une dilution ensuite dans la piscine.
Ici nous voulions une concentration de environ 10g/L donc nous avons introduit, pour 1000L, 10kg de sel.

Expérience

On lance le vortex et l’on fait des prélèvements suivant le diagramme ci-dessous :

Chaque bout de branche correspond à un prélèvement.
Il est mieux d’effectuer plusieurs essai, ici nous en avons mis en place 3. Pour pouvoir faire ces 3 essais il nous a fallu environ 1000L d’eau dans lesquels on était dissout 10kg de sel de salage de route.

Mesures

Nous allons faire un suivi de cette expérience par conductimétrie. Chaque prélèvement sera mesuré 3fois et nous obtiendrons une moyenne qui sera utilisée dans nos résultats.

Pour obtenir une comparaison en concentration, et pas juste une constatation de changement de conductivité, nous allons mettre en place aussi un protocole d’étalonnage page suivante).

Protocole et Résultat de l’étalonnage

Notre étalonnage consiste à donner une correspondance entre notre mesure de conductivité et la concentration massique plus ou moins réel en sel.

La conductivité traduit la minéralisation totale de l’eau (présence d’ion). Sa valeur varie en fonction de la température.
La conductivité sera mesurée en milli Siemens par cm (mS/cm).

Nous allons préparer 5 solutions de concentrations différentes.

Dans un premier cas, nous travaillons avec le sel de dessalage donc comme il n’est pas pur il n’est pas possible de faire un rapport concentration massique concentration molaire.

On pèse notre masse m, qu’on la va diluer dans un volume de 1L.

Lors de cette étalonnage on a remarqué que l’appareil de mesure saturé pour une solution de 14g/L nous avons, grâce à ca pu choisir la concentration de notre bassin pour le vortex. Avec c’est résultat, nous pouvons tracer la courbe σ=f(C).

σ =1.542C+0.493

Un 2^e étalonnage peut être fait à partir de sel de cuisine avec un pourcentage massique connu donc une relation entre concentration massique et molaire.

Résultats de l’expérience

Suite des résultats

Conclusion de l’expérience

Cette expérience, nous donne un résultat que l’on peut supposer positif car dans les 3 essais, la concentration en sel dans l’eau propre est toujours inférieure à celle dans l’eau sale.
Par contre normalement la moyenne entre la concentration de l’eau sale et de l’eau propre devrait être égale à la concentration du bassin, mais ce n’est pas le cas on peut donc déjà ce demander si dès le pompage on n’a pas une variation de la concentration.

Même si les variations concordent on ne peut pas dire que les résultats sont corrects, car les incertitudes sont de 0.3mS/cm alors que les écarts entre les eaux propres et sales sont d’à peine 0.1ms/cm.

Pour vérifier en détail il faudrait changer le protocole d’analyse, au lieu de partir d’une analyse physique (conductivité) utiliser une analyse chimique : dosage des ions chlorure par le nitrate d’argent.

Résultat de l’expérience 2 (en pdf)

Article sur le vortex

Dosage des ions Chlorures

• Matériel nécessaire :
  • Une burette graduée
  • Un erlenmeyer
  • Une fiole jaugée de 25mL
  • Une pipette graduée de 10 mL
  • eau distillée
  • solution de chlorure de potassium, KCl à 150 mg.l-1
  • solution de nitrate d’argent, AgNO3
  • chromate de potassium (K2CrO4)

• Protocole expérimental :
  • Préparation de la solution à doser :
    Ayant une solution à 5g/L en NaCl, c’est-à-dire 0.086mol/L, et nous avons une solution de titrage à 0.02mol/L, pour obtenir une chute de burette d’environ 10 mL, Il va falloir diluer notre prélèvement par 4 :
  • Prélever 6mL à la pipette
  • Les introduire dans une fiole de jaugée de 25mL
  • Ajuster au trait de jauge.

• dosage des chlorures dans l’eau à tester :
  • A l’aide d’une pipette, introduire dans un erlenmeyer, 10 ml de la solution à doser.
  • Ajouter dans l’erlen, 10 ml d’eau distillée
  • Ajouter 4 gouttes de chromate de potassium dans l’erlenmeyer
  • Remplir la burette de nitrate d’argent jusqu’au niveau 0.
  • Verser lentement la solution de nitrate d’argent dans l’erlen qui est agité doucement par des mouvements de rotation
  • Fermer immédiatement le robinet de la burette lors du virage de l’indicateur coloré. Le virage doit être maintenu et homogène.
  • Noter le volume v1 de nitrate d’argent nécessaire pour atteindre ce virage
  • Noter le volume V2 de nitrate d’argent nécessaire pour atteindre le virage
  • Récupérer l’excès de nitrate d’argent et rincer la burette à l’eau distillée.

• Exploitation des résultats :
  • Connaissant la concentration de la solution de KCl et le volume V1 de nitrate d’argent nécessaire pour atteindre le virage, calculer la concentration en ions chlorures de l’eau analysée en exploitant le volume V2 mesuré.
    Ce protocole n’a pas pu être appliqué du fait que le nitrate d’argent commandé chez eMarketLabo ne soit pas arrivé avant la fin de ma phase recherche…

Conclusion

Les résultats de la 2^e expérience empêchent de conclure positivement et nos résultats de la première expérience nous donnent une lueur d’espoir même si ils ont été contredits.
Pour avoir des résultats qui amènent à une conclusion stable, il faudrait répéter encore et encore l’expérience, afin d’obtenir une moyenne de beaucoup de donnée qui vont réduire les erreurs et peut être amené à une conclusion positive. Mais pour effectuer autant de mesure il serait plus judicieux de travailler avec un modèle de laboratoire du vortex afin d’user moins d’eau et de moins risquer de polluer notre environnement. Cette proposition serait étudiée en prolongation.
Autre que répéter l’expérience, il serait utile d’effectuer plusieurs analyses différentes, ce qui n’a pu être fait ces semaines par manque de produit, mais d’autres protocoles sauront étudiés dans l’année afin d’offrir un panel de possibilité. Il aurait aussi était possible de travailler avec d’autres matières dissoutes que le sel NaCl, comme le Sulfate de Cuivre CuSO4, ou d’autre sulfate et nitrate. Mais la encore se pose le problème de l’environnement et de la machine à vortex en extérieur.

Pour conclure globalement, nous pouvons dire qu’il reste beaucoup d’essais à effectuer, mais surtout il faut améliorer l’expérience en elle-même (machine), car maintenant que les protocoles sont mis en place il ne reste plus qu’à les appliquer sur des expériences faisant varier tel ou tel paramètres.

Prolongation

Tout système hydraulique peut se résumer par le dessin de son circuit. Ci-dessous est présenté celui du vortex de laboratoire qui peut être assimilé à celui en extérieur a part quelques modifications technique résultant de problème sur la grande machine.

Ce circuit n’est qu’une présentation globale car il serait intéressant d’avoir un bac eau sale et un bac eau propre.

Mais ou sont les intérêts de cette nouvelle machine à vortex ?

Cette machine nous permettra premièrement de protégé l’environnement en travaillant avec une plus petite quantité d’eau donc des produits dissouts en plus petite quantité. Il saura aussi plus facile de récupérer après passage dans le vortex des produits ayant besoin d’être retraiter et non jeté directement aux ordures.
Il sera aussi possible de faire varier des paramètres propres au vortex comme le débit à l’aide d’une pince de Mohr réglable, ou encore, le nombre de sortie et d’entrée et aussi le diamètre de ces entrées et sorties.
Grace à ce dispositif on pourra plus facilement étudier l’ajout de module directement dessus comme un variateur de température, ou des aimants intégrés aux sorties ou des électrodes délivrant une courant électrique.

En définitif il nous faut donc une machine entièrement modulable avec les entrées et sorties indépendantes du tuyau central. Le but du projet ne sera plus de faire le plus grand vortex d’Europe mais le plus Transformeur du monde…