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Mar 28, 2023

Pouvez-vous vraiment pomper de l'eau sans électricité ?

Rhett Allain Je suis surpris du nombre de vidéos YouTube et TikTok diffusées

Rhett Allain

Je suis surpris du nombre de vidéos YouTube et TikTok montrant de nouvelles façons de pomper de l'eau, mais je suppose que cela a du sens, car le monde entier fonctionne à peu près à l'eau. Si vous ne les avez pas vus auparavant, ils montrent souvent quelqu'un plongeant des tuyaux dans l'eau et les secouant d'avant en arrière jusqu'à ce qu'ils commencent à jaillir des quantités infinies de liquide. Cela a l'air magique : il n'y a pas de source d'énergie apparente, mais l'eau continue de couler, parfois d'un plan d'eau extérieur, parfois d'un récipient que la personne ne cesse de remplir. C'est comme si ces appareils fonctionnaient à "l'énergie libre", ou à l'énergie sans origine apparente.

Pourriez-vous réellement fabriquer une pompe à eau "à énergie gratuite" ?

Alerte spoiler physique : il existe en fait deux méthodes pour déplacer l'eau qui ne nécessitent pas de source d'alimentation externe, mais ce n'est pas la même chose que de fonctionner avec de l'énergie gratuite.

La première méthode est la pompe à siphon. Celui-ci est assez commun et très facile à mettre en place. Voici ce dont vous avez besoin pour une démonstration simple : un verre d'eau potable et une paille flexible. Remplissez le verre presque jusqu'en haut. Maintenant, pliez la paille et placez l'extrémité courte dans le verre avec la partie la plus longue suspendue au-dessus du bord. Voici à quoi cela devrait ressembler :

Ensuite, les choses vont devenir un peu bizarres. Sucez la partie longue de la paille jusqu'à ce que l'eau arrive au bout. Relâchez ensuite cette extrémité en vous assurant qu'elle est plus basse que le niveau de l'eau dans le verre. J'espère que vous êtes à l'extérieur ou près d'un évier, car l'eau commencera à couler du bout de la paille. C'est ça. Vous venez de fabriquer une pompe à siphon.

L'eau continuera de couler - et peut-être de salir le plan de travail de votre cuisine - tant que ces deux conditions sont remplies : l'extrémité de sortie de la paille doit être inférieure au niveau d'eau dans le verre et l'extrémité d'entrée doit être sous l'eau. . Simple.

Mais comment cela fonctionne-t-il ? Voici une illustration de cette configuration, avec l'eau qui coule à travers la paille courbée. Une partie de la paille est immergée dans un verre d'eau et une autre est suspendue au bord, de sorte que l'eau peut "tomber" par l'extrémité libre.

Lauren Goode

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Julien Chokkattu

Chevalier

Comme expérience de pensée, imaginons que lorsque l'eau s'écoule de l'extrémité libre, elle laisse derrière elle un espace presque vide, à l'exception peut-être d'un peu de vapeur d'eau. Sans rien dans cette partie de la paille, la pression y est très proche de zéro. Étant donné que la pression est définie comme la force par unité de surface, une pression nulle signifie qu'il n'y a pas de force poussant vers le haut le reste de l'eau dans la paille.

Passons maintenant à l'autre bout de la paille, celle dans la tasse d'eau. Cette partie de la paille est sous l'eau, et il y a une pression qui produit une force poussant l'eau vers le haut de la paille. Cette pression est due à la combinaison de deux facteurs : la profondeur de l'eau (plus on descend, plus la pression est élevée) et la pression atmosphérique de tout l'air au-dessus de la surface de l'eau. Mais voici la partie importante : puisqu'il y a une force (de la pression totale) qui pousse l'eau vers le haut de la paille, mais qu'il n'y a aucune pression dans cet espace vide, il y a une force nette sur ce morceau d'eau qui le déplace vers le haut de la paille. l'extrémité libre.

Bien sûr, il n'y a pas vraiment d'espace vide dans la paille. C'était juste une expérience de pensée pour montrer que lorsque l'eau tombe de l'extrémité libre de la paille, elle ne repoussera pas le reste de l'eau. Une fois que l'eau commence à couler, elle continuera à couler.

Il est également utile de voir pourquoi la paille elle-même est importante. Il ne se contente pas de guider l'écoulement de l'eau. Il empêche l'air de pénétrer à l'intérieur, ce qui augmenterait la pression repoussant l'eau et l'empêcherait de s'écouler. Pour faire fonctionner ce type de pompe, vous avez besoin d'un tube ou d'un tuyau rigide et qui ne s'affaisse pas à cause de la pression atmosphérique extérieure. Une simple paille en plastique fonctionne bien pour de petites quantités d'eau.

Lauren Goode

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Julien Chokkattu

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Il y a encore une chose à considérer : une pompe à siphon crée-t-elle de l'énergie "gratuite", puisqu'elle déplace l'eau sans source d'énergie externe ?

Considérons une pompe à siphon drainant un bassin surélevé. (N'oubliez pas qu'il doit s'agir d'un bassin surélevé car l'extrémité de sortie du siphon doit être plus basse que l'extrémité d'entrée.) Imaginez qu'un kilogramme d'eau soit pompé hors de l'étang. Cette eau finit quelque part plus bas que là où elle a commencé - pour cet exemple, je vais dire qu'elle finit 1 mètre plus bas. En termes d'énergie, cette diminution de hauteur signifie qu'elle diminuera également en énergie potentielle gravitationnelle. On peut même calculer ce changement (masse × g × h) pour obtenir une diminution de 9,8 joules.

La partie importante est qu'il a diminué en énergie. Vous n'avez pas besoin d'ajouter de l'énergie au système pour en perdre - l'eau le fait pour vous. Ce n'est pas une pompe à "énergie libre", c'est une pompe à "perte d'énergie". Pour des raisons pratiques, c'est bien car cela nous permet toujours de déplacer l'eau sans avoir à faire de travaux.

Faisons un test rapide pour voir si certaines de ces vidéos en ligne montrant des pompes sans alimentation pourraient être des pompes à siphon. (Je vais en faire un à titre d'exemple, et vous devriez pouvoir vérifier les autres par vous-même.) Prenons celui d'une personne au bord d'une rivière avec une pompe sophistiquée. Ils le secouent d'avant en arrière pour le faire démarrer, puis l'eau commence à s'écouler au bout d'un tuyau. Cela ressemble à ceci :

Serait-ce une pompe à siphon ? La réponse est non. Notez que l'extrémité d'entrée de la pompe est plus basse que l'extrémité de sortie, ce qui signifie qu'il ne peut pas s'agir d'un siphon.

Explorons une autre option : la pompe à bélier, abréviation de pompe à bélier hydraulique. Fondamentalement, la pompe à bélier est un moyen de déplacer l'eau vers un endroit plus élevé sans source d'énergie externe. Celui-ci est un peu plus compliqué, donc je vais commencer par un schéma :

Lauren Goode

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Dans ce cas, l'eau provient d'une source située plus haut que la pompe. (C'est important.) Au fur et à mesure que cette eau d'entrée descend de la source, elle augmente en vitesse et sort par la vanne de vidange. Cependant, cette eau en mouvement provoque la fermeture du clapet anti-retour A, ce qui empêche l'eau de sortir. Mais comme l'eau se déplace dans une vanne fermée, elle est redirigée vers l'autre clapet anti-retour, B, et provoque la compression de l'espace d'air. Une fois l'air comprimé, l'eau cesse de couler et la vanne B se ferme. Une fois cette vanne fermée, l'air comprimé agit comme un ressort pour pousser l'eau piégée dans le tuyau de sortie. Ensuite, tout le processus recommence.

C'est assez compliqué; il est difficile d'ajuster les valeurs pour que la chose fonctionne correctement. Je ne vais donc pas construire une pompe à bélier, mais si vous voulez essayer, voici une belle vidéo qui en montre une qui fonctionne vraiment. (Bonne chance.)

En attendant, permettez-moi de souligner les aspects clés de cette pompe. Premièrement, la pompe est inférieure à la source d'eau, mais le débit est supérieur à la source d'eau. Cela peut sembler bizarre, mais c'est ainsi. Deuxièmement, chaque fois que l'eau est pompée à un niveau supérieur, une partie de l'eau est éjectée de la pompe—c'est l'eau usée.

OK, revenons à la vidéo TikTok. Serait-ce une pompe à bélier ? N'oubliez pas que vous avez besoin de trois niveaux pour ce type de pompe : la sortie est au niveau le plus élevé, la source d'eau est au milieu et enfin la pompe est en bas. Si vous n'avez pas ces trois niveaux, vous n'avez pas de pompe à bélier.

Dans le schéma que j'ai dessiné ci-dessus, basé sur cette vidéo, la personne pompe de l'eau d'une rivière, qui semble être la source de l'eau. Cela ne peut donc pas être une pompe à bélier, car l'eau ne peut pas sortir directement de la rivière. N'oubliez pas que la pompe doit être à un niveau inférieur à la source. Et dans ce cas, la source, et non la pompe, est le niveau le plus bas du système.

L'autre chose à rechercher est les eaux usées. Dans une véritable pompe à bélier, il devrait y avoir de l'eau supplémentaire jaillissant du niveau inférieur. Sans cela, vous n'avez pas de pompe à bélier. Et dans la vidéo, il n'y a pas d'eaux usées visibles.

Eh bien, alors comment cela pourrait-il fonctionner? Qui sait. Peut-être n'est-ce qu'une illusion. Peut-être y a-t-il une pompe électrique immergée dans la rivière et reliée au tuyau. J'ai essayé d'envoyer un message à la personne qui a posté la vidéo et je n'ai reçu aucune réponse.

La grande question est la suivante : une pompe à bélier crée-t-elle de l'énergie gratuite ? Cela semble certainement être le cas, car vous déplacez l'eau vers un endroit plus élevé. Cela augmenterait son énergie potentielle gravitationnelle, au lieu de la déplacer vers le bas et de diminuer son potentiel.

Mais ce n'est pas vraiment ce qui se passe. Imaginons que nous ayons une pompe à bélier en état de marche. Supposons que je commence avec 20 kilogrammes d'eau à la source. Il y a un tuyau qui descend de 1 mètre jusqu'à une pompe. Après cela, une partie de l'eau (disons 10 kilogrammes) est pompée jusqu'à une hauteur de 1 mètre au-dessus de la source d'origine, de sorte qu'elle augmente en énergie potentielle gravitationnelle. Cela signifie que seulement 10 kg d'eau ont été éjectés en tant que déchets au niveau de la pompe, mais depuis qu'elle est descendue, son potentiel gravitationnel a diminué. Globalement, avec 10 kg qui descendent de 1 mètre et 10 kg qui montent de 1 mètre, le changement net d'énergie est… nul. La pompe "paye" l'eau plus énergétique à la sortie en laissant l'eau s'écouler vers un point plus bas.

Bien sûr, dans cet exemple, la pompe serait efficace à 100 %, et cela n'arrive jamais. L'énergie est perdue dans l'eau éjectée et dans le frottement entre l'eau et le tuyau.

Et cela nous amène à un dernier problème : même si vous aviez un générateur incroyablement efficace qui était alimenté par l'eau tombant de la pompe à bélier, il ne vous donnerait toujours pas d'énergie gratuite. Puisqu'une partie de l'eau doit être éjectée à l'extrémité inférieure, la source d'eau finirait par se tarir. Cela signifierait que vous devez utiliser de l'énergie pour soulever plus d'eau à ajouter à votre source. Oh non! Maintenant, vous venez de perdre votre programme d'énergie gratuite.

En fin de compte, les pompes à siphon et à piston déplacent l'eau sans aucun apport d'énergie externe, mais vous n'obtenez pas plus d'énergie que vous n'en avez au départ. Cependant, vous pouvez obtenir de l'eau où vous le souhaitez. Et c'est le but d'une pompe.

Mise à jour 27/03/2023 12h11 HE : Ce message a été mis à jour pour corriger la direction du clapet anti-retour B dans le schéma de la pompe à piston.