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La Douche Sans Tuyau. Introduction: >>> Nous voulions trouver pour ce TPE un sujet assez original, différent des autres idées, mais restant assez sérieux.

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1 La Douche Sans Tuyau

2 Introduction: >>> Nous voulions trouver pour ce TPE un sujet assez original, différent des autres idées, mais restant assez sérieux. Ainsi nous avons pensé rapidement a créer une douche qui produirait elle-même son eau, mais de nombreux point dinterrogation restaient : + Tout simplement comment peut on produire de leau ? + Et deuxièmement, est-ce-que cela ne serai pas trop fantaisiste, le jury apprécierai-t-il ou trouverez cela infantile ? >>> Après avoir interrogé nos professeurs, qui nous rassurèrent immédiatement, nous avons donc commencé nos recherche sur le sujet et trouvé quun sujet dactualité, la pile a hydrogène, était dans le sens de notre TPE. En effet cette technologie en développement permettait la création deau de notre prototype, sans les inconvénients dautres réaction chimiques.

3 Sommaire: I.Comment produire de leau sans apport direct ?? 1.Lexpérience 2H2 + O2 2H2O 2.La pile a hydrogène a.Comment ça marche ?? b.Les différentes piles et celle qui est la plus adaptée pour notre douche II.Comment cette douche fonctionnerait-elle ?? 1.Comment stocker les réactifs ?? 2.Rendre la douche sans danger et la plus usuelle possible 3.Les accessoires III.Montrer que cette douche sans tuyau est irréalisable mais conclure quil y a beaucoup despoir dans cette énergie. 1.Impossibilités 2.Impact de ce genre dénergie sur lenvironnement 3.Lavenir de celles-ci

4 I. Comment produire de leau sans apport direct?? >>> Durant ce TPE nous nous sommes rendu compte quil était possible de produire de leau de plusieurs façons. En effet de nombreuses réactions sont possibles pour produire de lH2O mais celle-ci sont utilisées différemment suivant ce que lon veut en faire. >>> Cependant pour notre envie à savoir créer de leau sans trop de difficultés la réaction la plus simple dutilisation serait donc pour nous la réaction suivante : 2H2 + O2 2H2O >>> En effet grâce à cette réaction nous pourrions produire de leau simplement avec du dihydrogène (que lon se procurer) et du dioxygène qui se trouve en très grande quantité dans lair.

5 1. Lexpérience 2H2 + O2 2H2O >>> Lexpérience a été réalisée en laboratoire lors de la préparation du TPE avec des laborantins. Nous avons donc pour cela utilisé un tube a gaz rempli au préalable des 2 réactifs que nous avons plongé dans une coupelle remplie deau, empêchant ainsi aux réactifs de séchapper. Puis, nous avons rapidement retiré la coupelle et placé a laide dune canne de la mousse de platine, qui est le catalyseur de la réaction, dans le tube. Il ne se passa rien sur le moment mais après quelques secondes une explosion très violente eu lieu, produisant ainsi sur les parois du tube de la vapeur deau, reconnaissable grâce au test au sulfate de cuivre anhydre.

6 2. La pile à Hydrogène a.Comment ça marche ?? >>> La pile à hydrogène a été conçue pour produire de lélectricité, et cela a partir dune réaction chimique, 2H2+O2 2H2O. Pour cela elle a été conçue en plusieurs parties, il y a un électrolyte, cest-à-dire un matériau qui ne laisse pas passer les électrons, et celui-ci et entouré dune cathode et dune anode en platine, qui agiront comme catalyseurs de la réaction et prendront les électrons et ainsi former un courant électrique. Doù la première réaction, ou lon envoie du dihydrogène H sur lanode, qui se divise en 2 ions H+ et 2 électrons, les ions passant dans lélectrolyte et les électrons créant le courant électrique : H2 2H+ + 2e- >>> Après avoir traversé lélectrolyte les ions H+ arrivent à la cathode alimentée en électrons et, avec une molécule dO2, 4 ions H+ et 4 électrons de forme de leau, H2O : 4H+(aq) + 4e- + O2(g) 2H2O(aq ou g)

7 >>> Lien vers lanimation >>> Lien vers lanimation

8 b. Les différentes piles et celle qui est la plus adaptée pour notre douche >>> Les piles à combustible à membrane polymère (PEMFC) >>> Les piles à combustible à acide phosphorique (PAFC) >>> Les piles à combustible à méthanol direct (DMFC) >>> Les piles à combustible à carbonates fondus (MCFC) >>> Les piles à combustible à acide solide (SOFC) Pile à combustibleRéaction à l'anodeRéaction à la cathode AFCH2 + 2 OH- 2 H2O + 2 e-½ O2 + H2O + 2 e- 2 OH- PEMFCH2 2 H+ + 2 e-½ O2 + 2 H+ + 2 e- H2O PAFCH2 2 H+ + 2 e-½ O2 + 2 H+ + 2 e- H2O MCFCH2 + CO32- H2O + CO2 + 2 e-½ O2 + CO2 + 2 e- CO32- SOFCH2 + O2- H2O + 2 e-½ O2 + 2 e- O2-

9 TypeAFCPEMFCDMFCPAFCMCFCSOFC CombustibleH2 MéthanolH2 ComburantO2 ÉlectrolyteSolution d'hydroxyde de potassium ou de sodium Membrane polymère conductrice de protons Acide phosphorique Li2CO3 et KCO3 fondu dans une matrice LiAlO2 ZrO2 et Y2O3 Ions traversant l'électrolyte OH-H+ CO32-O2- Température de fonctionnement 60°C à 80°C60°C à 100°C 180°C à 220°C 600°C à 660°C 700°C à 1000°C Rendementjusqu'à 60%jusqu'à 40% jusqu'à 45% 80% en cogénération jusqu'à 60% jusqu'à 55% 70% en cogénération Domaine d'application domaine spatial et domaine militaire domaine spatial, piles stationnaires piles embarquées et micro piles piles embarquées et micro piles piles stationnaires pile stationnaire piles stationnaire et piles embarquées État de la technologie MaturePrototypes AboutiePrototypes

10 II. Comment cette douche fonctionnerait-elle ?? 1.Comment stocker les réactifs ?? >>> La réaction de la pile est assez simple, en effet elle ne demande que 2 réactifs, dont un est présent dans lair et ne demande pas de rajout pour de meilleures performances. Ainsi il ne nous reste quà trouver un moyen de stockage assez simple pour le dihydrogène, ce qui est déjà plus difficile…

11 PRÉSENT PARTOUT… MAIS DISPONIBLE NULLE PART >>> Lhydrogène est extrêmement abondant sur notre planète. Chaque molécule deau (H2O) est le fruit de la combinaison entre un atome doxygène et deux atomes dhydrogène. Or, leau couvre 70 % du globe terrestre. On trouve également de lhydrogène dans les hydrocarbures qui, comme leur nom lindique, sont issus de la combinaison datomes de carbone et dhydrogène. Mais bien quil soit lélément le plus abondant de la planète, lhydrogène nexiste pratiquement pas dans la nature à létat pur. Il faut donc savoir le produire en grande quantité pour pouvoir le convertir en énergie. LA PRODUCTION ACTUELLE D'HYDROGÈNE >>> Si lhydrogène nest quasiment pas utilisé dans le domaine de lénergie, il est une des matières de base de lindustrie chimique et pétrochimique. Il est utilisé notamment pour la production dammoniac et de méthanol, pour le raffinage du pétrole ; il est également employé dans les secteurs de la métallurgie, de lélectronique, de la pharmacologie ainsi que dans le traitement de produits alimentaires. Pour couvrir ces besoins, 50 millions de tonnes dhydrogène sont déjà produites chaque année. Mais si ces 50 millions de tonnes devaient servir à la production dénergie, elles ne représenteraient qu1,5 % de la demande mondiale dénergie primaire. Donc pour pouvoir lutiliser pour la création lénergie il faudrait en produire beaucoup plus.

12 PRODUCTION D'HYDROGÈNE À PARTIR DES ÉNERGIES FOSSILES Aujourdhui, 95 % de lhydrogène est produit à partir des combustibles fossiles par reformage : cette réaction chimique casse les molécules dhydrocarbure sous laction de la chaleur pour en libérer lhydrogène. Le vaporeformage du gaz naturel est le procédé le plus courant : le gaz naturel est exposé à de la vapeur deau très chaude, et libère ainsi lhydrogène quil contient. Mais la production dhydrogène par reformage a linconvénient de rejeter du gaz carbonique (CO2) dans latmosphère, principal responsable de leffet de serre. Pour éviter cela, la production dhydrogène à partir de combustibles fossiles supposerait donc demprisonner le gaz carbonique par des techniques qui doivent faire lobjet de développements (on envisage, par exemple, de réinjecter le gaz carbonique dans les puits de pétrole épuisés). Lhydrogène produit à partir du gaz naturel est le procédé le moins cher. Mais son prix de revient reste le triple de celui du gaz naturel. Comme ce mode de production est polluant et comme les ressources en énergies fossiles sont appelées à décroître, diversifier les modes de production savère indispensable. PRODUCTION DIRECTE À PARTIR DE LA BIOMASSE La biomasse est une source de production dhydrogène potentiellement très importante. Elle est constituée de tous les végétaux (bois, paille, etc.) qui se renouvellent à la surface de la Terre. Lhydrogène est produit par gazéification, laquelle permet lobtention dun gaz de synthèse (CO + H2). Après purification, celui-ci donne de lhydrogène. Cette solution est attrayante car la quantité de CO2 émise au cours de la conversion de la biomasse en hydrogène est à peu près équivalente à celle quabsorbent les plantes au cours de leur croissance ; lécobilan est donc nul. Un jour, il sera peut-être possible de produire de lhydrogène à partir de bactéries et de microalgues. On a en effet découvert récemment que certains de ces organismes avaient la particularité de produire de lhydrogène sous laction de la lumière. Mais ce procédé nen est aujourdhui quau stade du laboratoire.


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