Radiative cooling and surface texturing for high-efficiency dew condensers

Ce travail est une contribution à l’amélioration de la condensation et de la collecte passive de l’eau de rosée. Dans une première partie, une surface traitée par sablage est utilisée pour la condensation en laboratoire. Sur cette surface rugueuse, refroidie par contact, les gouttes condensées se détachent plus vite que sur la surface non-traitée, et la collecte passive par gravité des gouttes est augmentée. Les expériences montrent que la combinaison du sablage et des effets de bord peut augmenter considérablement la collecte passive par gravité à partir d'un substrat. Des gains d'environ 30% par rapport au même support lisse sont obtenus. Dans une deuxième partie, un dispositif original de refroidissement radiatif en laboratoire est développé, qui réalise des échanges radiatifs entre un objet de petite taille et une source froide. Ce dispositif permet d’étudier de manière contrôlée l’influence des propriétés radiatives des matériaux sur les performances des condenseurs passifs de rosée. En environnement humide, la condensation est obtenue sur des objets de géométries variées, y compris des géométries peu compactes et/ou de faibles conductivités thermiques pour lesquelles le refroidissement par contact est peu efficace. Un résultat important a été obtenu par cette technique : l’émissivité de la surface de condensation ne joue un rôle important qu'au début de la condensation, puis la surface se couvre de gouttes condensées qui déterminent son émissivité globale. Un modèle simple des échanges radiatifs entre une goutte posée sur une surface plane et son environnement est proposé afin d'établir une expression de l'émissivité moyenne d'une surface couverte de gouttes.This work is a contribution to the development of passive condensation and dew water harvesting. In the first part, we report a study on rough surfaces developed by a simple surface treatment (sand-blasting). Results obtained show that roughness of surface favors droplet shedding compared to the original smooth substrate, provided that sand-blasting does not increase too much the surface roughness. This process enhances the density of nucleation sites and the coalescences events at a sub-micron scale, thus lowering the lag-time to obtain drop sliding during condensation. Experiments show that combining sand-blasting and edge effects can thus increase substantially the passive collection by gravity from a substrate. Gains about 30% when compared to the same smooth substrate are obtained. In a second part, a laboratory radiative chamber is developed, which carries out radiative exchanges between a centimeter-sized object and a cold source. This device makes it possible to study the radiative properties of different materials on the performance of passive dew condensers. In a humid environment, condensation is obtained on objects of various geometries, including geometries for which contact cooling is very inefficient. An important result was obtained with the device : the beginning of the condensation process is highly dependent on the emissivity of the surface; but it is no longer so when the surface is covered with water drops. A simplified model of radiative exchanges between a water drops on a planar surface and its environment is proposed to establish an expression for the average emissivity of a surface covered with condensed water drops