Simulateur Tour Hydrique — Architecture Technique

Simulateur Tour Hydrique — Architecture & Fonctionnement

Outil technique · H de 3 à 110 m · Géométrie proportionnelle automatique · Cycle 24 h : vitesses, températures, pressions, condensation, production

Paramètres

Type de tour

Hauteur de la tour

Hauteur H 8,0 m

—

🔍 Localisation

⟳

Conditions climatiques

T° ambiante moyenne 30,0 °C

Hygrométrie moyenne 40 %

Vitesse vent (V) 3,0 m/s

Amplitude thermique j/n 15,0 °C auto (HR)

Construction — Paroi

Ép. corps e_corps 0,60 m auto (T°)

—

Puits géothermiques ↓ Canal A

Nombre de puits 0 (⌀0,70m · 25 m prof.)

Vue en coupe de la tour

🔍 Vue 3D

H = 8,0 m

Canal desc. ext. — air chaud entrant

Trou central — remontée air condensé

Noyau solidaire citerne

Ailettes parois basses

Déflecteur d'entrée

Projection — Revégétalisation sur 100 ans

Production (m³/j)

Surface irriuguée active (m²)

Zone revitalisée (m²)

Score végétal (/100)

🔄 Stratégie de déploiement progressif & redéploiement

Phase 1 — Installation (0–10 ans) : La tour est essentielle — elle produit l’eau là où la végétation est absente. Sa production augmente progressivement car la végétation naissante améliore l’humidité relative locale, ce qui améliore la condensation dans le noyau (rétroaction hydrologique).

Phase 2 — Établissement (10–30 ans) : La végétation devient de plus en plus autonome. Racines profondes, humus, micro-organismes — le sol retient l’humidité sans la tour. Le besoin en irrigation (Bes. irrig.) descend de 4,4 à 0,6 L/m²/j. La zone intérieure n’a plus besoin de la tour pour survivre.

Phase 3 — Redéploiement (30+ ans) : Score végétal ≥ 70/100 → la zone est quasi-autonome. La tour peut être déplacée vers une zone vierge adjacente. La zone d’origine continue de vivre et de s’étendre seule. Une seule tour peut ainsi « ouvrir » plusieurs territoires successifs sur sa durée de vie.

Espacement optimal : En espaçant les tours dès le départ à la distance optimale (2 × rayon d’irrigation à 30 ans), les zones se rejoignent naturellement sans redéploiement obligatoire — stratégie recommandée pour un déploiement à grande échelle.

⚖️ Redéploiement partiel — pour et contre

Le redéploiement n’est pas une obligation — c’est un choix stratégique. Quand la zone atteint le score végétal 70+/100 (~30 ans), une fraction des tours peut être transférée vers une nouvelle zone vierge, pendant que l’ancienne continue de vivre seule. Le redéploiement est toujours partiel : un noyau de tours reste pour garantir la sécurité hydrique sans stress.

✅ Arguments pour redéployer	🏠 Arguments pour garder en place
Une tour ouvre 5–10 nouvelles zones sur sa durée de vie	Tampon contre les sécheresses exceptionnelles (El Niño, blocages atmosphériques)
Réduit le nombre de tours à construire globalement — investissement optimisé	Rétroaction maintenue : plus de production = plus de végétation = condensation accrue
Accélère la couverture d’urgence climatique : territoire maximum ouvert	Redondance : panne d’une tour compensée immédiatement par les autres
Crée un réseau de zones autonomes en chaîne : effet boule de neige territorial	Ancrage social : la communauté s’est structurée autour de la tour, continuité assurée
Zones de crise prioritaires couvertes sans attendre de nouveaux financements	La zone s’étend plus loin et plus vite : chaque m³ supplémentaire agrandit le rayon

📏 Règle du seuil zéro stress : garder au minimum 30 % des tours du réseau sur la zone établie (jamais moins d’une tour). Ces tours couvrent le cœur de la zone — les redéployables viennent de la périphérie. Avec le boost végétal (×1,3 à ×1,55 à maturité), 30 % du réseau maintient plus de 45 % de la capacité initiale — suffisant pour une zone établie sans stress hydrique.

🎯 Choix du point de départ — stratégie

🏜 Terrain nu — La tour part de zéro. Lent les premières années (pas de rétroaction végétale). Stratégie standard quand aucune ressource hydrique ni biologique n’existe.

💧 Puits à proximité — Eau disponible mais peu de végétation. Très long mais pas impossible : la zone irrigable est plus grande dès le départ, mais le score écologique progresse comme en terrain nu (pas de sol riche, pas de rétroaction). Pour tirer parti du puits, il doit être intégré à la tour comme source d’irrigation complémentaire — sélectionner le mode « Puits intégré » ci-dessus.

🌴 Oasis existante — Stratégie optimale. Végétation pré-établie, sol enrichi, micro-organismes actifs. La rétroaction commence immédiatement. La tour renforce et étend l’oasis plutôt que de la créer de zéro. Les stades écologiques sont atteints environ 25 ans plus tôt par rapport à un terrain nu.

⛏️ Désert profond — puits géothermiques ↓ Canal A

En zone HR < 20 % (désert profond, Sahel sec), la condensation naturelle est quasi nulle même en terrain nu ou avec oasis. Les puits géothermiques verticaux (T=27 °C invariante, aspiration Venturi passive — zéro énergie) introduisent de l’air souterrain froid et humide (HR=78 %) directement dans le canal A. Avec 12 puits : T canal A baissée de 5–10 °C, w_effectif multiplié ×2–3 → déblocage complet de la production là où elle était zéro.
Bonus stratégique : retourner ~10–15 % de l’eau produite dans les puits → HR_puits → 90–100 % → boucle auto-amplifiante, système auto-entretenu sans intervention.
Utiliser les boutons « Puits géothermiques » dans le panneau gauche pour activer.

0 · Géométrie — Proportionnalité avec H

Di = 2,8 x sqrt( H / 8 ) [m] (ancre sur prototype H=8m, Di=2,8m) H=8m -> Di=2,80m | H=20m -> Di=4,43m H=50m -> Di=7,00m | H=110m-> Di=10,4m D_noyau = 0.218 x Di (noyau hyper-massif, solidaire citerne decompression -1.5m) Principe : continuité de vitesse aux déflecteurs (pas de choc -> flux fluide, sans turbulences) Deflecteur 1 (40 % split) : Se_B = 0.40 x Se_A -> V_B = V_A Deflecteur 2 (100 %) : Se_D = Se_C -> V_D = V_C 2-flux : Tour ext | Canal A↑ | Tour int (D_int) | Canal B↓ cond. | Noyau D_int = 0.565 x Di Se_A = 0.680 x PI x (Di/2)2 (grand canal montant) Se_B = 0.272 x PI x (Di/2)2 = 0.40 x Se_A (canal descendant, section réduite) 4-flux : Tour ext | A↑ | Tour1(D1) | B↓ | Tour2(D2) | C↑ | Tour3(D3) | D↓ | Noyau D1 = 0.849 x Di (deflecteur 1 au-dessus) D2 = 0.780 x Di D3 = 0.573 x Di (deflecteur 2 au-dessus) Se_A = Se_C = Se_D = 0.280 x PI x (Di/2)2 Se_B = 0.112 x PI x (Di/2)2 = 0.40 x Se_A Venturi fort : face int. tour ext + int. tour 2 (canaux ascendants A et C) Venturi doux : int. tour 1 + int. tour 3 (canaux descendants B et D) Condensation : UNIQUEMENT canaux descendants (B pour 2-flux ; B+D pour 4-flux) Paroi (sections de la base au sommet) : e_base = e_corps x 1.60 (0 -> H/4 : plus epaisse, masse thermique + structure) e_corps = e_paroi (H/4 -> 3H/4 : epaisseur de reference du slider) e_coupole = e_corps x 0.75 (3H/4 -> H : coupole, un peu plus mince) e_moy = e_base x 0.25 + e_corps x 0.50 + e_coupole x 0.25 (ponderee pour calculs) D_ext = Di + 2 x e_corps Recommandation selon T annuelle moyenne : e_corps = max(0,30 ; min(2,0 ; 0,10 + 0,020 x T)) T=10C -> 0,30m | T=25C -> 0,60m | T=40C -> 0,90m | T=55C -> 1,20m

Loi racine carree : la section (Di2) croit comme H, evitant des diametres irrealistes pour les grandes tours.
Exemple lineaire Di=0,35xH aurait donne Di=38,5m @ 110m vs 10,4m avec sqrt.

1 · Pression de vapeur saturante — Formule de Magnus

pvs(T) = 0.6112 x exp( 17.67 x T / (T + 243.5) ) [kPa] w_ext = 0.622 x pv_ext / (p_atm - pv_ext) [kg/kg] p_atm = 101.3 kPa Modele humidite absolue constante (physique correcte pour cycle diurne) : pv0 = (HR_moy/100) x pvs(T_moy) vapeur a T de reference (entree utilisateur) w_ext = 0.622 x pv0 / (p_atm - pv0) humidite absolue CONSERVEE sur tout le cycle 24h HR(h) = pv0 / pvs(T(h)) varie naturellement : monte la nuit, baisse le jour -> desert T_moy=40C HR=15% : T_nuit=27,5C -> HR_nuit≈29% (condensation naturelle active) -> entrer HR mesure a T_moy (et non HR a T_max) pour modeliser correctement le cycle

Ref. : PDF §7 — Magnus (1844)

2 · Point de rosée — Inversion Magnus

a = ln(HR/100) + 17.625 x T / (243.04 + T) Td = 243.04 x a / (17.625 - a) [C] Condensation active si : T_noyau < Td

3 · Refroidissement interne ΔT

DT_canal = DT_paroi x ep_sol x f_sol + DT_tirage x 1.38 x f_tir HR < 25 % : DT_paroi = 6.0, DT_tirage = 2.0 (desert tres sec) HR < 40 % : DT_paroi = 5.5, DT_tirage = 2.0 HR < 60 % : DT_paroi = 4.5, DT_tirage = 1.5 HR >= 60 % : DT_paroi = 3.5, DT_tirage = 1.0 x 1.38 : tour fermee + fenetres etroites +38% Facteur solaire (soleil a l'exterieur, interieur ombrAge) : f_sol = 0.10 + 0.90 x sin(pi x (h-6)/14) pour 6h <= h <= 20h f_sol = 0.10 la nuit (inertie thermique paroi) f_tir = 0.25 + 0.75 x sin(...) residuel nocturne 25% Attenuation par epaisseur de paroi (base->sommet+coupole) : ep_sol = exp(-e_paroi / 1.2) [reduction chaleur solaire par masse de paroi] e=0.3m -> ep=0.78 ; e=0.6m -> ep=0.61 ; e=1.2m -> ep=0.37 ; e=2.0m -> ep=0.19 T_entree_canal = T_ext T_sortie_canal = T_ext - DT

Ref. : PDF §CALCULS THERMIQUES

4 · Vitesse, débit et pressions

V_circ_A = sqrt( (1.6 x V_vent)2 + 2 x g x H x DT / T_abs ) [m/s] Canal A ↑ fort 1 V_circ_C = sqrt( (1.4 x V_vent)2 + 2 x g x H x DT / T_abs ) [m/s] Canal C ↑ fort 2 V_down = sqrt( (1.2 x V_vent)2 + 2 x g x H x DT / T_abs ) [m/s] Canaux B ↓ et D ↓ faible Q_B = Se_B x V_circ_A = 0.40 x Se_A x V_circ_A (continuite V_B = V_circ_A, Se_B = 0.40xSe_A) Q_D = Se_D x V_circ_C = Se_C x V_circ_C (continuite V_D = V_circ_C, Se_D = Se_C) Q_h = Q x 3600 [m3/h] DP_tirage = rho x g x H x DT / T_abs [Pa] assistance gravite (air froid descendant) P_vent = 0.5 x rho x V_vent2 [Pa] pression dynamique vent P_canal = 0.5 x rho x V_circ_A2 [Pa] pression dynamique Canal A Stabilite couloirs : V_circ > V_down toujours vrai (C_fort=1.6 > C_faible=1.2) -> couloirs separes quelle que soit la taille de la tour ; instable si V < 0.05 m/s rho = 1.2 kg/m3, g = 9.81 m/s2

Pour H=110m et DT=6C : DP_tirage ~27 Pa, croit lineairement avec H.

Ref. : PDF §5.1 et §5.2

5 · T° noyau — Modèle dynamique

T_noyau = max( 3.0 ; T_moy - 0.92 x DT_nuit x (1 + 0.4 x insul) ) DT_nuit : T>35 et HR<30 -> 26 (desert chaud) T>28 et HR<50 -> 20 (semi-aride) T>18 -> 14 (mediterraneen) T>5 -> 10 (oceanique) sinon -> 18 (continental) Isolation par epaisseur de paroi : insul = 1 - exp(-e_paroi / 0.8) [0=paroi mince ; ~1=paroi tres epaisse] e=0.3m -> insul=0.31 ; e=0.8m -> insul=0.63 ; e=2.0m -> insul=0.92 -> paroi epaisse maintient le noyau plus froid pendant la journee (+40% max) Inertie thermique parois (granite reconstruit vitrifie lisse : k=2.5 W/mK, rho=2600, Cp=790, h_cv=5.5) : delta = sqrt( 2 x alpha / omega ) = 0.18 m (profondeur penetration onde 24h) tau_h = rho x Cp x delta / h_conv = ~19 h (constante de temps, surface lisse) T_wall(h) = T_moy + (amp/2) x A_wall_f x cos( 2PI/24 x (h-14) - phi_wall ) A_wall_f = 1 / sqrt(1 + (omega_h x tau_h)2) = ~0.20 (amplitude amortie a 20%) phi_wall = atan(omega_h x tau_h) = ~1.37 rad = ~5.2h de retard -> pic de T_wall vers 19h15 ; paroi reste plus chaude que l'air jusqu'a 4-5h du matin -> Venturi fonctionne la nuit grace a l'inertie des parois, meme sans soleil

Bassin ferme sous dalle granitique (etanche, sans evaporation). Masse thermique eau+granite (Cp eau x5 granite) maintient le noyau a T quasi-minimum nocturne. Paroi epaisse de la base au sommet (coupole) isole le noyau de la chaleur diurne exterieure.

6 · Condensation — Système fermé

w_sat_noyau = 0.622 x pvs(T_noyau) / (p_atm - pvs(T_noyau)) [kg/kg] Dw = max( 0 ; w_eff - w_sat_noyau ) [kg/kg] w_eff = w_ext si sans puits ; w_eff > w_ext avec puits (cf. §9) → condensation active si l'air effectif est plus humide que la saturation au noyau → Desert HR=8% (T_moy=40°C) : w_ext=3,7 g/kg ; la nuit T=27,5°C HR_nuit≈29% → condensation → Sahel w<3 g/kg : Dw=0 sans puits ; avec 12 puits w_eff≈11 g/kg → Dw≈4 g/kg ✓ → Tropical HR=80% : w_ext≈20 g/kg, w_sat(15°C)≈11 g/kg → Dw=9 g/kg, production réelle m_eau_base = m_air x Dw Production = m_eau_base x c_deflect x c_ailettes x c_trou x 3600 [L/h]

Ref. : PDF §CALCULS HYDRIQUES

7 · Coefficients de conception

Effet total = c_deflecteur x c_ailettes x c_trou_central = 1.12 x 1.50 x 1.32 = 2.22

Deflecteur

x 1.12

Concentration flux vers noyau +12%

Ailettes

x 1.50

2 parois finées canal bas, surface x2.8

Trou central

x 1.32

Double face noyau counter-current +32%

Total design

x 2.22

+ tirage x1.38 -> global ~x2.50

8 · Tour 4-flux — Circuits concentriques

4 canaux annulaires alternants, sections egales : Canal A ↑ (tour ext ↔ T1) fort Venturi int. tour ext Canal B ↓ (T1 ↔ T2) cond.1 doux Venturi int. T1 — deflecteur 1 au-dessus T1 Canal C ↑ (T2 ↔ T3) fort Venturi int. T2 Canal D ↓ (T3 ↔ noyau) cond.2 doux Venturi int. T3 — deflecteur 2 au-dessus T3 Deflecteur 1 (au-dessus T1) : 40 % du flux A (fraction froide/dense, proche paroi T1) -> redirige vers Canal B ; 60 % restants sortent par fentes coupole de T1 Canal B descend entre T1 et T2 (ailettes), condense, passe par le bas de Tour 2 Deflecteur 2 (au-dessus T3) : 100 % du flux C -> Canal D (ferme Tour 3 au-dessus du noyau, integralite du flux redirigee) 2 Venturi forts | Canal A : C=1.6 ; Canal C : C=1.4 (canaux montants) 2 Venturi faibles | Canal B : C=1.2 ; Canal D : C=1.2 (aspiration dirigée, assist. gravité) Continuité de vitesse (flux fluide, sans turbulences) : Se_B = 0.40 x Se_A -> V_B = V_A = V_circ_A (déflecteur 1, 40 % split) Se_D = Se_C -> V_D = V_C = V_circ_C (déflecteur 2, 100 % redirect) Q_B = Se_B4 x V_circ_A = 0.40 x Se_A4 x V_circ_A Q_D = Se_D4 x V_circ_C = Se_C4 x V_circ_C T_froid_B = T_noyau + (T_ext - T_noyau) x 0.40 (Tours 1&2, plus chaud que noyau) Canal B actif si T_froid_B < Td ; Canal D actif si T_noyau < Td

9 · Puits géothermiques ↓ Canal A — Modèle dynamique toutes zones

Puits verticaux : Ø0,70m int. / Ø0,90m ext. (anneau granite reconstitue 10cm/cote) Profondeur : paramétrable 5–25 m (défaut 25 m, slider dans le panneau) Placement : VERTICAL, dans l'anneau canal A, 1 puits par ouverture en pied de tour Aspiration : passive effet Venturi canal A montant (ΔP ≈ 34 Pa) — SANS pompe Profil thermique du sol (modèle dynamique) : T_puits(d) = T_ann + A_surf × exp(-d / D) + G × d D = 2,5 m (diffusivité thermique annuelle du sol) G = 0,025 °C/m (gradient géothermique moyen) A_surf = max(2 ; min(15 ; T_ann × 0,28)) (amplitude estivale estimée) Ex. T_ann=27°C, d=25m : T_puits ≈ 27,6°C | T_ann=12°C, d=10m : T_puits ≈ 12,3°C HR_puits(d, HR_surface) : HR_min = 0,30 + HR_surf × 0,25 (réf. surface sèche) HR_max = 0,72 + HR_surf × 0,20 (profond quasi-saturé) HR_w = HR_min + (HR_max - HR_min) × (1 - exp(-d / 7,0)) Ex. HR_surf=15%, d=25m : HR_w ≈ 74% | HR_surf=65%, d=10m : HR_w ≈ 76% Fraction canal A occupée par les puits (section puits / Se_A) : n=6 → f_p ≈ 0.26 (26 %) n=8 → f_p ≈ 0.32 (32 %) n=12 → f_p ≈ 0.41 (41 %) Humidite absolue effective (melange Venturi canal A) : w_eff = (1 - f_p) x w_ext + f_p x w_well [kg/kg] Temperature effective canal A (melange thermique) : T_eff = T_ext - f_p x (T_ext - T_puits) [degC] -> pic T_ext=52degC + 12 puits, T_puits=27,6 : T_eff = 42,0 degC (-10,0 degC) -> T_ann=12, T_ext=22, d=10m : T_puits=12,3 + refroidissement 9,7 degC sur fraction 26% Seuil d'utilité des puits satellites selon la zone : HR < 10 % désert profond : sans puits Dw=0, avec 12 puits Dw>0 (+infini) — d=25m optimal HR 10-20% désert : Dw x3 à x8 — d=20-25m recommandé HR 20-40% semi-aride : Dw +50% à +150% — d=15-20m HR 40-60% tempéré sec : Dw +20% à +50% — d=10-15m (hiver surtout) HR > 60% humide : effet refroidissement principal, w_puits < w_ext — d=5-10m Bouton "auto" : profondeur optimale calculée automatiquement selon HR de surface

V_puits ≈ 5,1 m/s (ΔP Venturi 34 Pa sur 25 m) — débit ≈ 1,96 m³/s/puits. Aucune énergie consommée : la surpression naturelle du canal A aspire l’air souterrain froid et humide, qui se mélange au flux chaud et sec, relevant le point de rosée effectif dans les canaux condensants B et D. En zone tempérée, l’effet rafraîchissant (T_puits < T_ext en été) peut compenser la réduction d’humidité absolue.

Ces modèles physiques et leurs hypothèses sont détaillés et ouverts à la critique dans le 🔬 Lexique scientifique →