H2O
ET ENERGIES
- Du surf à… l'électricité.
Une histoire terriblement "vague".
- Les déforestations ont bouleversé Le cycle
de l'eau.
- Des ronds dans l'eau. Quelques approches de la turbulence.
- Les nouveaux métiers de l’eau.
Du
surf à… l'électricité
Une histoire terriblement "vague".
On les avait sous le nez depuis toujours, mais seuls les navigateurs ont su
les dompter : les vagues. Il est temps que les ingénieurs se mettent
au travail… Apparemment les projets foisonnent.
Non seulement par ses profonds abysses où l’imagination humaine
plonge à la rencontre de nombreux mythes, y compris celui de ses origines,
mais aussi à travers ses forces phénoménales, primales,
capables de balayer de la surface, dans une tempête de colère,
toute une civilisation. Entre terreur et respect, l’être humain
a toujours cherché à comprendre et à explorer les merveilles
de cet immense continent liquide (plus des 2/3 de la surface de laTerre ).
Depuis le début du XXe siècle, le pillage affolant des sources
d’énergies fossiles de la planète telles que: pétrole,
charbon et gaz naturel conduit le train fou de l’industrialisation vers
un terrible choc frontal. Conscients depuis longtemps de cette échéance
catastrophique, les divers gouvernements du monde industriel, obéissant
aux seuls critères économiques, n’ont imposé à
leur pays d’autres sources d’énergie, dont certaines aux
conséquences écologiques d’autant plus désastreuses
que leur danger est progressif et escamotable !
Cependant, de nombreuses solutions naturelles existent. Elles ont toujours
été là ! Leur mise en œuvre nécessite, suivant
les cas, des investissements importants et c’est ici que le bât
blesse car, si on ne parle pas la langue de bois, des intérêts
financiers colossaux entrent alors en conflit avec ceux, bien modestes en
regard, de l’homme, de son habitat naturel, et de leur avenir commun.
L’océan généreux nous offre ses richesses et ses
forces, et parmi elles… les vagues ! Partons ensemble à leur découverte…
Le mystère des vagues
Dans la mythologie grecque, les vagues étaient symbolisées par
les Néréides nom donné aux cinquante filles de Nérée,
vieux et gentil Dieu marin, et de Doris, fille d’Océan. Nymphes
de la mer, ces belles sirènes à la chevelure perlée,
jaillissent des profondeurs, chevauchant dauphins, tritons ou chevaux marins
pour escorter Amphitrite et Poséidon. Cette allégorie traduit
de manière poétique l’origine et le comportement toujours
encore mystérieux et capricieux des vagues… Issues du mariage
du vent et de l’eau, les vagues portent en elles toute la force de cette
double filiation.
Du vent, elles vont se nourrir de son intensité, de sa turbulence plus
ou moins forte, de sa durée aussi. De la mer, elles vont absorber une
vitesse variable, une agitation et un mouvement aux mécanismes encore
mal connus. Les vagues sont de véritables ondes et, en tant que telles,
obéissent à leurs caractéristiques. Elles possèdent
une longueur d’onde, une amplitude, une période et une célérité
.
La vague est un phénomène naturel mystérieux qui s’apparente
à la création d’un grand parfum car, même si ses
composants et l’environnement sont clairement identifiés, l’interaction
de chaque élément continue de suivre un processus imprévisible,
sous l’impulsion d’un “ créateur “ inconnu. Le
résultat est cependant et apparemment tout aussi aléatoire.
A partir de ce que l’on appelle: “ zone de génération
“ ou “ zone centrale “, lieu où naissent ces ondes,
les vagues vont connaître deux sortes de destins. Soit leurs caractéristiques
fondamentales, notamment la célérité et la fréquence
sont proches (et toujours inférieures) à la vitesse du vent,
et elles poursuivront leur voyage à travers l’océan jusqu’à
déferler quelque part sur une côte, plusieurs heures, voire plusieurs
jours après leur formation. Soit le “ train d’ondes “
ne soutiendra pas son énergie intrinsèque et s’épuisera
ailleurs, au large, sous forme de “ moutons “, les mousses de la
haute mer.
Le voyage des vagues: N’oublions pas que ce voyage n’en est réellement
pas un !
Effectivement, la vague, cette entité étrange est une onde.
Son mouvement à la surface de l’océan n’est qu’apparent.
Nous sommes face à la beauté d’un mouvement pur qui, s’il
pouvait être préservé tel quel, est potentiellement infini
et conserve donc, théoriquement, la totalité de son énergie
créative.
Ce train d’ondes se comporte schématiquement comme une longue
corde à laquelle votre main aurait brusquement donné une forte
impulsion. L’énergie de départ glissera le long de cette
corde sous la forme d’une ondulation mais la corde, elle, ne bouge pas
! Des études océanographiques précises ont pu permettre
de calculer des chiffres significatifs quant au rapport étroit et exponentiel
existant entre force et durée de vent, espace
d’eau et hauteur des vagues, ainsi qu’entre la zone de génération,
la longueur d’onde, la durée du trajet et l’amplitude des
vagues.
A travers deux tableaux, nous pouvons quantifier cette relation et sensibiliser
notre esprit avec des mesures concrètes et représentatives de
l’extraordinaire puissance transportée par la houle (autre nom
du train d’ondes appelé: vagues). Pour ce premier tableau, l’hypothèse
numérique et théorique de base est un vent de force 7 soit environ
30 nœuds, soufflant en haute mer sur une étendue d’eau, nommée
fetch de 300 nautiques. Il s’agit ici, bien sûr, de projections
optimales qui ne tiennent aucun compte de la fantastique complexité
de ce phénomène maritime. Il faut, en effet, intégrer
à cette analyse de multiples facteurs imprévisibles tels que
:
- l’assimilation de vagues d’autres origines,
- le phénomène de croissance aléatoire du train d’ondes,
- les interactions mécaniques complexes des molécules d’eau,
- le processus d’échange d’énergies
- et autres…
Finalement les vagues les plus courtes disparaissent progressivement au bénéfice
des vagues les plus longues. L’ensemble du phénomène parvient
à un aboutissement dit “ maturation “.
Mais cette houle peut, sur son trajet, rencontrer d’autres train d’ondes
aux parcours et aux amplitudes différents. Ce choc la perturbera et
modifiera évidemment ses caractéristiques initiales. D’autre
part, la configuration du plateau continental des côtes aura, lui aussi,
un impact significatif sur elle. Un plateau étendu la ralentira considérablement.
Au contraire, une côte abrupte et à hauts fonds rapides, garantira
un déferlement optimum de la houle.
Les régions à forte houle
De manière générale, on les trouve à l’intérieur
des zones les plus venteuses soit entre 30°et 60°de latitude, à
l’exception de quelques lieux exceptionnels.. On peut ainsi citer de
manière non exhaustive :
- Hawaï qui est une île volcanique perdue au milieu du Pacifique
et qui ne possède pas de plateau continental.
- Hossegor lequel se trouve juste au dessus de la profonde fosse maritime
de Capbreton
- plus au sud, la côte portugaise d’Ericeira à Guincho,
incluant la pointe la plus occidentale de l’Europe et offrant aux surfers
passionnés des “spots“ magnifiques.
- et, plus généralement, les principales pointes de continents.
Citons, par exemple: la région du Cap Horn, le Nord et la côte
Ouest de l’Ecosse, L’Afrique du Sud, la zone Sud et Sud Ouest de
l’Australie, etc.
Un panorama historique et technologique
L’idée de puiser de l’énergie au sein de la mer possède,
dans l’histoire récente, un point de départ scientifique
à l’époque de la Révolution Française. On
peut, en effet, trouver à ce moment là un premier brevet déposé
par deux hommes, un père et son fils nommés Girard. Ceux-ci
avaient justifié leurs travaux à partir de l’observation
que : “ la masse énorme d’un navire, qu’aucune autre
force n’est capable de soulever, répond aux moindres mouvements
des vagues “.
Extrait d'Effervesciences N°35 Vous pouvez commander ce numéro ICI
Les
déforestations ont bouleversé. Le cycle de l'eau
L'asphaltisation, la bétonnisation débridées des zones
urbaines, conjuguées à la déforestation rampante, et
une ignorance têtue des responsables de l'aménagement, ont réussi
à bouleverser le cycle "normal" de l'eau, et il ne faut pas
s'étonner des aberrations climatiques et pédologiques qui en
découlent.
La notion de gradient de température n’est pas classique en climatologie
ou dans le contrôle des équilibres naturels. Nous l’introduisons
ici dans le cadre des travaux effectués par Viktor Schauberger dans
la première moitié du 20ème siècle.
Pour cet auteur, la nature ne peut être comprise, et donc respectée,
que si l’on admet qu’elle est le jeu de deux forces complémentaires,
l’une matérielle que la science a parfaitement décryptée,
l’autre plus subtile se manifestant au travers de vortex dans l’air,
dans l’eau, dans la sève des arbres, dans le sang.
L’une a un caractère explosif s’exprimant dans le côté
destructeur de la vie, l’autre un caractère implosif à
l’œuvre dans la genèse du vivant. Gradient de température
négatif (les températures s’écartent du 4° C
où la densité de l’eau est maximale) et gradient de température
positif (les températures se rapprochent du 4° C) appartiennent
à l’un et à l’autre paramètre.
Nous verrons que les arbres jouent un rôle central dans ces équilibres
naturels que ce soit le cycle de l’eau dans la nature ou la régulation
du comportement d’une rivière, et en fin de compte la régulation
du climat. Et pourtant, nous appartenons à une civilisation qui détruit
ses forêts.
L’Equateur, c’est un cas extrême, a vu la disparition de 85
% de ses forêts dans la seconde moitié du 20ème siècle.
Un proverbe chinois dit qu’une civilisation qui détruit ses forêts,
est une civilisation qui est en train de mourir.
Qui était Viktor Schauberger ?
Il est né le 30 juin 1885 à Ulrichsberg en Autriche dans une
famille de forestiers dont la devise était “ avoir foi dans le
silence de la forêt “. Il refuse de faire des études à
l’université, l’enseignement donné ne correspondait
pas à l’idée qu’il se faisait des lois de la nature.
Après la guerre de 1914- 1918, il devient intendant de la forêt
du prince Adolphe Schaumberg-Lippé à Steyerling (21 000 ha).
Un problème technique, le transport des rondins de bois résultant
de la coupe des arbres, va amener Viktor Schauberger à mettre en pratique
ses observations concernant l’eau. Jusqu’à la en œuvre
de ses réalisations, les rondins étaient, tant bien que mal,
acheminés dans les vallées, soit par des trouées abruptes
et linéaires dans la forêt, soit en utilisant l’énergie
des torrents. Le déchet était énorme. Notre forestier,
avait observé que l’eau à 4° C (celle où sa
densité et son énergie sont maximales) avait des propriétés
importantes et exceptionnelles, notamment les nuits de pleine lune.
Par ailleurs, il savait que l’eau aime les courbes. C’est ainsi
qu’il va construire des canaux en bois sur des distances de plusieurs
dizaines de kilomètres qui épousaient les méandres de
la vallée. Ces canaux, avaient en coupe transversale, la forme de demi-ovoïde
et étaient dotés dans les courbes de systèmes de déflecteur
favorisant la formation de vortex longitudinaux générateurs
d’énergie lévitationnelle (voir les explications dans la
suite du texte). Viktor Schauberger va diminuer d’un facteur 12, le prix
du transport du bois et se faire une solide réputation. Dans les années
1930-1933, il s’intéresse aux systèmes de régénération
des grands fleuves (Rhin, Danube), il insistera sur la notion essentielle
de gradients de température dans les flux d’eau, chose pas encore
prise en considération aujourd’hui par les ingénieurs hydrauliciens.
Ses travaux, ses idées arrivent jusqu’aux oreilles de Adolphe
Hitler qui le convoque en 1934. La rencontre se passera très mal, surtout
avec les conseillers de Hitler, notamment Max Planek. En 1938, lors de l’envahissement
de l’Autriche par les nazis, il sera interné de force dans une
clinique. Il ne devra son salut qu’à une amie influente qui le
tirera de là. En 1943, il est réquisitionné par les Waffen
SS et installé, avec des ingénieurs déportés,
près du camp de Mauthausen. Ils voulaient le faire travailler sur ses
idées relatives à de nouvelles technologies des engins volants.
Rien ne sortira de ce travail.
En mai 1945, il est sous surveillance pendant 9 mois et beaucoup de ses documents
sont emportés aux Etats-Unis. En 1958, il fera un déplacement
aux Etats-Unis, sans succès. Il meurt le 25 septembre 1958 en Autriche
L’énergie dans la nature
Selon Viktor Schauberger, tout dans la nature est le produit de deux énergies
: une énergie essentiellement matérielle (-), une énergie
beaucoup plus subtile (+-), l’énergie biomagnétique.
Extrait d'Effervesciences N°35 Vous pouvez commander ce numéro ICI
Des
ronds dans l'eau. Quelques approches de la turbulence.
"A Dieu, je demanderai : pourquoi la relativité et pourquoi la
turbulence ? Je suis persuadé qu'il pourra répondre seulement
à ma première question."
Souvenons nous de l’époque où, curieux, nous jetions des
petits morceaux de bois dans une rivière: nos esquifs improvisés
ne suivaient jamais le chemin que nous avions naïvement prévu,
glissants de gauche à droite, revenant en arrière, accélérant
ou ralentissant, tourbillonnant...
L’écoulement turbulent de l’eau défait nos capacités
enfantines à prévoir le déplacement de notre bateau imaginaire.
Ce défi reste toujours d’actualité, car aucune théorie
n’a encore réussi à expliquer comment naissent les tourbillons
et comment ils évoluent. Toutefois, même si, comme le notait
R. Thom, prédire n’est pas expliquer (1), des progrès ont
été accomplis dans la modélisation et l’étude
des écoulements liquides dans les lits de rivière. Ils sont
l’occasion de faire le point sur les implications physiques de ce phénomène
aussi troublant que commun: la turbulence.
Il ne s’agit pas là d’un problème de physique purement
théorique : l’ensablement des rivages et l’envasement des
barrages, la dispersion de substance comme les métaux lourds ou la
réalisation de mélangeurs imposent une meilleure connaissance
de la turbulence générée par l’écoulement
de l’eau sur des matériaux rugueux.
Les spécialistes de l’hydrodynamique ont mis en évidence
l’existence de plusieurs types de mouvement des fluides générés
par le frottement contre des obstacles (éjection, échappement
et écoulements différentiels), mais nous allons voir que de
nouveaux comportements, inattendus, sont causés par les interactions
entre les précédents : la complexité du comportement
émerge à partir des influences réciproques de mouvements
plus simples.
Ces différentes structures se répartissent, dans l’espace,
entre zones de production et de dissipation. Une des difficultés majeures
de la leur étude est causé par le fait que l’écoulement
sculpte le fond des cours d’eau, et que la forme de ce dernier conditionne
à son l’écoulement : le fluide et son milieu sont, au point
de vue dynamique, indissolublement liés.
Régulier ou turbulent ?
Afin de savoir si l’on se situe en régime régulier (dit
laminaire) ou turbulent, les scientifiques utilisent le nombre de R e y n
o l d s R=UY/v (U vitesse du fluide, Y profondeur, v viscosité): plus
R augmente, plus l’écoulement d’un fluide est turbulent.
Nous voyons que la turbulence apparaît lorsque vitesse et profondeur
augmentent dans un fluide, mais aussi que, si ces paramètres sont égaux,
plus un fluide sera visqueux et moins il sera sujet à un écoulement
turbulent. Dans la pratique, plus le nombre de Reynolds augmente et plus il
apparaît de tourbillons dans le fluide. En 1823, C. Navier et, plus
tard, G. Strokes ont obtenu une équation permettant de décrire
tous les types d’écoulements.
Le problème de la turbulence devrait donc être résolu,
mais avoir une équation ne suffit pas: il faut la résoudre!
Malgré le renfort du mathématicien Kolmogorov, un des pères
de l’étude de la complexité, qui s’est appuyé
sur le caractère fractal des vortex (un gros vortex transférant
de l’énergie cinétique vers de plus petits, qui à
leur tour en alimentent d’autres encore plus petits, ect....), personne
n’y est parvenu
dans le cadre de l’étude de la turbulence, et les meilleures solutions
ne sont qu’approchées, dans des milieux simplifiés, au
prix de longues heures de calcul. Les écoulements ne sont pas prédicibles,
leur sensibilité à d’infimes variations des conditions
initiale est telle que, même si ils sont régis par des équations
parfaitement déterministes, leur comportement ne peut être prévu
à long terme.
Nous sommes donc toujours incapable de calculer les forces de traînées
qui s’opposent, par exemple, au déplacement d’un navire,
d’une auto ou d’un avion: elles ne peuvent qu’être observées
et mesurées qu’en soufflerie. L’observation des milieux naturellement
turbulent peut elle constituer un moyen d’étude lorsque le calcul
se révèle impuissant ? Pour le savoir, observons donc le banal
écoulement d’un cours d’eau et les tourbillons qui s’y
forment...
L’éjection du lit (où le réveil sonne pour la
pratique)
Il s’agit ici de mouvements découlant de conséquences théoriques
de la mécanique des fluides, qui, bien que n’ayant pas encore
été formellement identifiées en milieu naturel, sont
partic u l i è r e m e n t adaptés pour décrire les phénomènes
se produisant à l’interface entre un fluide mobile et un support
solide de rugosité homogène.
Ces mouvements sont provoqués par les différences de vitesses
et de masse entre les différentes couches de liquides contournant un
obstacle lisse (à leur échelle, comme un galet, par exemple).
Ces “jets” ont une taille de quelques mm, mais si le nombre d’obstacle
augmente (un lit de galets, et non plus un seul) alors la viscosité
de l’eau, localement augmentée, permet à ce jet d’atteindre
une taille variant entre 8 et 12 cm (2) : la multiplicité des événements
discrets aboutit à un comportement d’ensemble différent
de la somme des différents contributeurs. Les éjections, comme
leur nom l’indique, tendent à faire lentement remonter le fluide
vers la surface en le faisant tourner sur lui même, éjectant
ainsi le particules les plus petites du lit d’une rivière et les
faisant petit à petit progresser vers une nouvelle zone de dépôt.
Extrait d'Effervesciences N°41 Vous pouvez commander ce numéro ICI
Les
nouveaux métiers de l’eau
Eaux rare donc onéreuse, ou bien eau envahissante, donc dangereuse...
l’eau n’est plus à la place où l’Homme croyait
l’avoir contrainte. De nouveaux concepts, avec de nouveaux métiers,
se mettent en place... qui vont se développer très vite !
Ne plus gâcher ! D’un réflexe citoyen d’écologiste
militant, c’est devenu une obligation économique, voire vitale.
Alors les esprits inventifs s’y sont mis, et l’on a maintenant tout
un bouquet de procédés d’utilisation nouvelle, économique
et rationnelle, de l’eau des canalisations, des eaux usées, des
eaux de pluies, des lacs et rivières... Prenons le cas des urinoirs
: ce sont de gros gaspilleurs d’eau (eau potable !) du fait du flux continu
utilisé pour lave la cuvette et emporter
les odeurs . La société WATERLESS a mis au point un liquide
appelé blueseal, qui est plus léger que l’eau, mais qui
ne s’évacue pas non plus : en plaçant des cartouches de
ce liquide du fond de la cuvette (voir schéma), l’urine plus lourde
passe à travers et va rejoindre le siphon, alors que le blueseal reste
en place pour constituer un bouchon liquide. Le blueseal ne s’évapore
pas et est par lui même antigel. D’autres solutés équivalents
(Everpine, etc.) peuvent être versés selon le même principe
dans les conduits d’évacuation où ils jouent un rôle
de clapet liquide anti-odeur ; Selon le fabricant, la modification des toilettes
et le coût d’uilisation du blueseal se rentabilisent en un an...
Pour réaliser ds économies sur le débit des robinets
de douche ou de lavabos, plusieurs distributeurs proposent en France des matériels
de type “ mousseur “
qui ajoutent de l’air à l’eau jusqu’à 50 % :
le débit hydrique fait autant d’économies. Le marché,
pour l’instant haut de gamme, est appelé à une très
forte croissance dans les mois à venir.
Extrait d'Effervesciences N°41 Vous pouvez commander ce numéro ICI