Art Sciences 2024/2025 E16

Memento Crasse

Memento Crasse est une sculpture interactive qui interroge la notion de transmission en confrontant la temporalité humaine à celle, infiniment plus lente, de la géologie. En s’appuyant sur un geste rituel ancestral, celui de verser de l’eau, le spectateur active une réaction chimique qui favorise la formation progressive de concrétions calcaires. Le processus, en constante évolution, évoque l’idée d’une œuvre comme organisme vivant, presque autonome, qui se construit et se métamorphose au gré des interactions humaines et des réactions naturelles, inscrivant ainsi la participation du spectateur dans un héritage collectif qui s’élabore au fil des monstrations.

Réaction chimique

Inspirée du processus des cascades pétrifiantes, de l'eau chargée en calcaire s’écoulerait en goutte à goutte sur des branches en plastique PET tressées évoquant les branches tombantes des saules pleureurs, créant une accumulation progressive de calcaire sur ces dernières. Ce système serait soutenu par une structure en tubes de cuivre, en amont d’un bassin résiné.

Dans le bassin est contenu de l'eau de chaux. Une interaction avec le spectateur sera proposée : celle d'y verser, d’une jarre en céramique, de l’eau préalablement chauffée. Ce geste, au-delà de sa symbolique, porte une fonction chimique précise : l’eau chauffée, chargée en CO₂, crée le précipité de calcaire dans l’eau de chaux.

L’eau de chaux est une solution saturée d’hydroxyde de calcium Ca(OH)₂, produite en mélangeant de la chaux aérienne à de l’eau. La chaux se dissout (faiblement) dans l’eau et le filtrat obtenu constitue l’eau de chaux.

Lorsque l’eau chauffée est ajoutée à l’eau de chaux, elle libère du dioxyde de carbone (CO₂​) dissous, car les gaz se dégagent plus rapidement d’une eau chaude que d’une eau froide. Cette action accroît la concentration de dioxyde de carbone dans l’environnement de la sculpture, intensifiant la réaction chimique et accélérant la précipitation du carbonate de calcium.

Ce CO₂​ réagit immédiatement avec l’hydroxyde de calcium présent dans l’eau de chaux : Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Le carbonate de calcium (CaCO₃​) ainsi formé précipite sous forme d’un dépôt solide. Ce dépôt, transporté par l’écoulement de l’eau, se fixe peu à peu sur les tiges, créant des concrétions minérales.

Réalisation du projet

JOUR 1

Etape 1 - Cahier des charges

Réalisation d’un système goutte a goutte en circuit ouvert dans le but de créer des concrétions (ou cristallisation) sur des tressages en plastique PET suspendu aux ellipses ( voir illustration 2) 4 déviations sur ellipses à 1m80 en moyenne de haut.

ellipse 1 : 98*75 ; périmètre 274

ellipse 2 : 103*80 ; p 293

ellipse 3 : 110*85 ; p 308

ellipse 4 : 115*90 ; p 324

Matériel imposé  :

Structure de cuivre (voir image 2) quatre déviations, hauteur 1m80 en moyenne.

Bassin réserve, ouverture du circuit, dimensions :

Hauteur totale : 12 cm Profondeur intérieure : 9 cm (donc le fond = 3 cm d'épaisseur)

Forme ovale avec axes principaux : Grand axe : 140 cm

Forme ovale avec axes principaux : Petit axe : 110 cm

Épaisseur des parois : 2 cm (contours)

Tuyaux plastique souples transparents 4/6 mm

Besoin matériel :

• Pompes (x2)
• Eau de chaux : Chaux éteinte (hydroxyde de calcium) + eau distillée
• Tuyaux plastique souple (conduits)

Etape 2 - Premiers tests de circuit goutte à goutte

En créant un circuit simple suspendu à une hauteur d'environ 2m, nous avons fait des premiers tests de goutte à goutte avec une pompe à membrane. Après avoir percé une dizaine de trous pour observer l'écoulement, il était flagrant que malgré des résultats visibles, cette pompe n'avait pas un débit suffisant pour alimenter le système au complet (le débit se réduisait après chaque trou).

Etape 3 - Réalisation d'eau de chaux

Nous avons réaliser des test de production d'eau de chaux, à partir de fleur de chaux (hydroxyde de calcium en poudre fine) et d'eau déminéralisée.

Etapes de préparation :

- Dans un récipient précautionneusement lavé (une bouteille en plastique), nous avons versé trois cuillères a café de fleur de chaux pour 450 ml d'eau déminéralisée.

- Le mélange fut placer à l'abris de la lumière pour éviter qu'elle ne se carbonate en absorbant du dioxyde de carbone (ce qui formerait du carbonate de calcium, CaCO₃, et rendrait la solution moins concentrée), durant trois jours entier afin que les particules non dissoutes de fleur de chaux se déposent au fond du récipient.

- Une fois le dépôt formé (jour 4), nous avons filtré à l'aide d'un filtre à café la partie liquide claire (l'eau de chaux). Nous avons ensuite réalisé le test de souffler à l'aide d'une paille dans l'eau présumée de chaux afin d'y ajouter du CO₂ (respiration aérobie) et d'ainsi vérifier que le précipité de calcaire se fait bien.

JOUR 2

Etape 1 - Optimisation théorique du flux

Nous avons constaté de manière flagrante que la pompe à membrane n'était pas adaptée, déjà par manque de débit, et surtout par le risque que les clapets se grippent à cause du flux d'eau chargée en calcaire. Nous avons donc opté pour l'idée de pompes péristaltiques.

Il nous a été nécessaire de calculer le débit optimal pour le goutte à goutte.

Etape 2 - Calcul du débit et puissance de la pompe

Ce calcul prend en compte uniquement l'élévation du fluide à une hauteur de 1,8m et de 1,5 gouttes/sec ( soit 3 gouttes toutes les 2 secondes, ce qui fait un total de 90 gouttes/min ).

Synthèse des calculs

1. Calcul du volume (V) déplacé par un élément de la pompe :

Dimensions : 32 mm × 4 mm × 65,4 mm

Volume calculé pout une goutte/s :

V = 32 × 4 × 65,4 = 8371,2 mm³

Donc pour 1,5 goutte/s:

V_total = 8371,2 × 1,5 = 12556,8 mm³

Soit en litres :

12556,8 mm³ = 0,01256 dm³ = 0,01256 L

Donc un débit de :

Q = 1/80 L/s = 0,0125 L/s

2. Énergie potentielle du fluide (Ep) :

Hauteur de l'élévation du fluide : h = 1,8 m

Masse volumique estimée (ρ) : 1 kg/L de wateur

Calcul de l’énergie potentielle :

Ep = m × g × h

Avec m = 1/80 kg, g = 9,81 m/s², h = 1,8 m :

Ep = (1/80) × 9,81 × 1,8 ≈ 0,22 J

P = Ep / t = 0,22 J/s = 0,22 W

3. Calcul de la vitesse du fluide (v) :

Aire de la section transversale (S) :

S = π × r² = 3,14 × (2 mm)² = 12,56 mm²

Vitesse du fluide :

L = V / S

Avec V = 12556,8 mm³, S = 12,56 mm² :

L = 12556,8 / 12,56 ≈ 1000 mm

La vitesse du fluide est donc approximativement 1m/s

Résumé :

Débit requis :0,0125 L/s

Puissance nécessaire : 0,22 W

Vitesse du fluide : 1 m/s

Ce calcul ne prend pas en compte les frottements du fluide sur la surface du tube ainsi que les pertes dû aux turbulences.

Le mécanisme quand à lui à aussi des pertes qui ont un impact sur la consommation totale du système.

Etape 3 - Modélisation d'un système de pompe péristaltique

Dans le but de concevoir par nous même un système de pompe péristaltique, nous avons modéliser le rotor sur laquelle nous viendrons clipser les roulements et le moteur stepper, ainsi que le carter.

JOUR 3

Etape 1 - Impression 3d des éléments de la pompe et premiers test

Après impression de nos modélisations, nous avons pu installer le moteur dans le mécanisme et réaliser les premiers tests.

Vite nous nous sommes rendu compte qu'un couvercle serait nécessaire pour que les roulement n'éjectent pas le tuyaux de par la pression qu'ils exercent. Nous avons donc découper avec la découpeuse laser un couvercle en plexiglas que nous avons vissé sur le dessus.

Après un premier test motorisé, nous avons constaté que le moteur stepper que nous utilisions n'avait pas la puissance nécessaire face aux frottements produits par la pression des roulements sur les tuyaux.

Nous avons donc tenté de raccourcir les palles du rotor, en vain. Nous en avons donc déduit que l'appel d'eau ne se fait que si la pression exercée sur les tuyaux est assez forte pour ne pas laisser passer d'air.

Nous avons donc tenté de reprendre les modèles de palles initiales, mais en augmentant le couple grâce à une perceuse. Le rotor s'est brisé au niveau de son axe, l'impression PLA n'étant pas assez solide.

Etape 2 - Changement du tuyaux

Nous avons substitué les tuyaux en pvc 4-6 mm que nous utilisions depuis le début par un tuyaux en silicone 1.5-5 mm . Et en créant la rotation manuellement, nous avons réussi à pomper l'eau ! Ouééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééééé