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Activité : Recyclage de l'air respirable

Matériaux

Figure 2: Schéma de l'habitat spatial. L'habitat de gauche n'est pas doté d'un dispositif de conditionnement de l'air intérieur. L'habitat de droite est équipé d'un système de filtration au charbon de bois.

1. 2 bidons à eau en plastique transparent, ou contenants similaires, à large ouverture
2. tube de plastique (vinyle) de 3/8 pouce
3. bouteille transparente d'eau ou de boisson gazeuse (dont on a enlevé le fond)
4. petit ventilateur d'ordinateur de 9-12 volts c.c.
5. charbon de bois pour barbecue ou charbon activé
6. alimentation électrique de 9-12 volts c.c.
7. sable stérile propre

Matériaux divers :

• œillets de caoutchouc de 3/8 pouce
• perceuse et mèche de 1/2 pouce
• deux petites marrettes
• sable stérile sec et propre
• charbon de bois pour barbecue (comme des « briquettes » de bois compactées)

Construction du système de circulation d'air

La construction de l'habitat spatial commence par l'assemblage du système de circulation d'air. Pratiquez un trou circulaire dans le couvercle en plastique d'un pot de beurre d'arachide (ou d'un pot similaire). Découpez le trou de manière qu'il ait plus ou moins la même dimension qu'un petit ventilateur d'ordinateur de 12 volts. Il est facile de récupérer le ventilateur d'un vieil ordinateur jeté au rebut ou d'en trouver dans les magasins d'articles électroniques usagés.

Fixez le ventilateur sur le trou au moyen d'époxy (veillez à ce qu'il n'y ait pas d'époxy sur les pales du ventilateur) ou de deux petits boulons.

Figure 3: le ventilateur d'ordinateur sur le trou dans le couvercle du pot.

La prochaine étape consiste à fixer au couvercle du pot la tour d'extraction du ventilateur. Utilisez à cette fin une bouteille de boisson gazeuse en plastique transparent dont on a enlevé le fond. Lors du découpage du fond, laissez deux languettes de plastique qui permettront d'ancrer la bouteille au couvercle. Reportez vous à la figure 4 ci-dessous.

Figure 4: Détail de la tour d'extraction en plastique fixée au couvercle en plastique du pot (à gauche) et gros plan de l'alimentation électrique de 9 volts (à droite) montée pour alimenter le ventilateur d'ordinateur.

Alimentation électrique

Le ventilateur d'ordinateur de 12 volts fonctionnera assez bien et sera assez sécuritaire lorsqu'on le raccorde à un petit bloc d'alimentation de 9 volts, récupéré d'un vieil appareil domestique, comme un téléphone cellulaire ou un appareil rechargeable mis au rebut.

Coupez simplement le connecteur du fil basse tension et faites le raccordement au ventilateur à l'aide de deux marrettes comme l'illustre la figure 4 ci-dessus.

Assemblage

1. À l'aide de la perceuse de 1/2 pouce, faites un trou dans le dessus du bidon à eau (a), un trou dans le capuchon de la bouteille d'eau gazeuse (c) et un trou sur le côté du pot en plastique (e). Truc : placez un morceau de bois rigide derrière la partie en plastique que vous percez.
2. Insérez les œillets de caoutchouc de 3/8 pouce dans les trous.
3. Remplissez le pot filtre avec du charbon de bois pour barbecue et vissez le couvercle. Il s'agit du milieu adsorbant.
4. Coupez le tube de vinyle à la longueur voulue et procédez à l'assemblage tel qu'indiqué. Il est à noter que l'ouverture du bec verseur du bidon en plastique a exactement 3/8 pouce et que le tube y entrera avec un ajustement serré.

Figure 5: Habitat sans système de filtration à gauche. Habitat avec système de filtration à droite.

Théorie

Parce qu'il a été exposé à l'air de la classe, le charbon de bois va avoir adsorbé assez d'oxygène, d'azote, de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau pour être en équilibre avec l'atmosphère. Cela signifie qu'il y a un équilibre parfait entre le taux auquel le charbon de bois adsorbe les gaz et celui auquel il dégage les gaz. L'air adsorbé dans le charbon de bois est dit en état d'équilibre dynamique avec l'air de la classe.

Figure 6: Grâce à son immense surface adsorbante, le charbon de bois peut, à l'instar d'une très grande pièce, contenir d'énormes volumes d'air.

En fermant de manière étanche le système qui contient le filtre au charbon de bois, vous enfermez aussi tous les gaz adsorbés par le charbon lorsqu'il était exposé à l'air ambiant de la classe. Il s'agit d'une quantité énorme de gaz qui se retrouve à l'intérieur de l'habitat étanche.

Idée principale : Les concentrations des divers gaz adsorbés par le charbon de bois et les concentrations de gaz qui composent l'air dans l'habitat sont parfaitement équilibrées.

Par exemple, si la concentration d'oxygène à l'intérieur de l'habitat diminue, le charbon de bois libèrera de l'oxygène pour rétablir l'équilibre. De la même façon, si la concentration de dioxyde de carbone augmente à l'intérieur de l'habitat, le charbon de bois va adsorber le dioxyde de carbone pour rétablir l'équilibre. Chaque fois que la concentration d'un gaz dans l'habitat change, le charbon de bois va libérer ou adsorber le gaz pour maintenir l'équilibre.

Grâce à la grande capacité qu'a le charbon de bois de « retenir » les gaz par adsorption, c'est un peu comme si l'habitat n'était pas fermé de manière étanche, mais laissé exposé à l'air ambiant de la classe.

Figure 7: Le charbon de bois adsorbe et libère les gaz dans l'air. Lorsque la concentration d'un gaz devient trop forte, ce gaz est adsorbé par le charbon de bois. Si la concentration d'un gaz devient trop faible, le charbon de bois libérera ce gaz dans l'air.

Figure 8: Habitat achevé, dont on a enlevé la porte de sas pour montrer l'intérieur.

Observations

Une fois les deux habitats ensemencés, il faut les surveiller attentivement pendant quelques semaines.

Prenez des notes détaillées (tenez un journal), faites des photos numériques ou installez une caméra fixe et faites une vidéo accélérée de toute l'expérience. Consignez vos observations, vos commentaires et toutes les questions que vous vous posez.

Portez une attention particulière aux différences entre les deux habitats pendant la germination et la croissance des semences.

Activités de prolongement

1. Le système qui a été construit maintiendra un niveau stable de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau pendant très longtemps. On n'a toutefois rien prévu pour contrôler la température interne de l'habitat. Concevez une modification du système qui permettra de réaliser ce contrôle.
2. Même si le niveau de vapeur d'eau demeurera relativement constant dans l'habitat, celui-ci peut devenir trop humide et des moisissures risquent de se former. Concevez une modification du système pour extraire la vapeur d'eau de l'habitat.
3. La température intérieure sera probablement contrôlée du simple fait que l'habitat est placé dans une pièce où la température est contrôlée. Or, il fait extrêmement froid sur Mars. L'intensité du Soleil y équivaut à peine au tiers de ce qu'elle est sur Terre. Concevez une modification permettant d'assurer le contrôle thermique de l'habitat comme s'il devait servir de base à un système destiné à être utilisé sur Mars.