Soutenance de thèse de Maxence Thorey :
Résumé: L’eau de rosée est une source alternative ou complémentaire d’eau potable. La rosée naturelle se forme la nuit, sur des surfaces refroidies en dessous de la température de rosée par échange radiatif entre la surface et le ciel. Les rendements des condenseurs de rosée sont fortement influencés par les conditions météorologiques, mais aussi par les propriétés physiques et morphologiques des substrats utilisés. Le refroidissement radiatif est en effet dépendant des propriétés émissives du matériau. Les propriétés de mouillage du substrat conditionnent le régime de condensation de l’eau qui peut être sous forme de gouttes, de film, ou dans la structure interne d’un matériau poreux.
L’influence de ces paramètres est étudiée sur deux types de surfaces. Sur des méta-matériaux à base de silicium (Black Silicon), la nano-texturation par traitement plasma permet d’améliorer l’émissivité, notamment dans la fenêtre atmosphérique. Différents revêtements (PTFE, TiO2 et diamant) permettent de faire varier les propriétés de mouillage. Ces surfaces sont aussi comparées à leurs équivalents lisses. Sur des matériaux biosourcés à base de bois, la dégradation chimique de la lignine permet d’augmenter l’albédo des surfaces, ouvrant la voie à la condensation de la rosée en journée.
Le refroidissement radiatif et la condensation de l’eau sont étudiés au laboratoire dans un dispositif expérimental spécialement conçu, où une source froide simule l’atmosphère. Le modèle des radiosités est utilisé pour le dimensionnement, permettant d’obtenir un déficit radiatif similaire à celui observé en condition *in situ*. De plus, les transferts convectifs sont également proches des conditions réelles. Une analyse par thermographie infrarouge est réalisée pour déterminer la température des substrats, en prenant en compte la très forte concentration en CO2 de l’atmosphère. Une description approfondie du phénomène de vignettage observé par insertion de bagues-allonges sur caméra thermique refroidie est présentée.
Les taux de condensation sont mesurés par pesée et par analyse d’image. Ils sont en accord avec le taux de diffusion des molécules d’eau à travers la couche limite de concentration. L’impact thermique de la chaleur latente de condensation est vérifié au travers d’expériences avec et sans condensation. Cette contribution est également quantifiée sur un capteur de flux thermique. Enfin, le dispositif de refroidissement radiatif révèle une différence dans la température de début de la condensation entre les substrats hydrophiles et hydrophobes, en accord avec la dépendance à la sursaturation de la nucléation hétérogène.
La collecte de l’eau par gravité est étudiée dans un dispositif de condensation par refroidissement conductif. La collecte sur substrats dont le régime de condensation est en film se révèle être plus efficace selon divers critères étudiés : le temps du début de la condensation, le temps d’établissement du régime permanent, le taux de collecte ou encore le taux de rétention.
