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WaterLight, lampe au format « tempête » pour les Wayúu de Colombie
Contre vents et marées, les Wayúu, peuple amérindien de la péninsule de Guajira en Colombie, font face à des conditions géographiques (paysages magnifiques et désertiques) les empêchant d’avoir accès à l’énergie électrique. Afin de les connecter à la civilisation moderne pour leurs activités et besoins quotidiens, E-Dina et Wunderman Thompson Colombia ont mis au point la Waterlight, une lampe portative qui se recharge électriquement à … l’eau de mer !
Le feu apprivoisé a été l’élément moteur de la maîtrise de l’obscurité et du froid. Il a permis à l’Homme de se chauffer, de se protéger des attaques physiques extérieures, de consommer ses aliments différemment. Se coucher et se lever avec le soleil n’est depuis longtemps plus une pratique répandue. Au fil des siècles, cette ressource et énergie naturelle a été exploitée pour permettre à l’Homme de rester actif le plus longtemps possible dans une journée.
Source d’énergie primaire, divers matières fossiles passées sous sa Flamme (charbon, …) ont permis d’aboutir à un monde illuminé dès le soleil couché. A tel point que le « Monde de la nuit » est sorti de terre. Avec lui, l’argument consistant à protéger l’Homme, les artères des villes, les routes, les bâtiments, les enseignes, les entreprises, les propriétés … etc.
Pollution lumineuse dans le monde en 2016 © The new world atlas of artificial night sky brightness - Science Advances, 2016 - Licence : CC BY-NC
C’est ainsi que la planète que nous occupons est désormais nettement visible depuis un satellite du fait de ses innombrables raies de lumière. Depuis quelques années, la lutte contre cette pollution environnementale déstabilisant les systèmes naturels tente de réguler cette anarchie lumineuse.
LES ODD (OBJECTIFS DE DEVELOPPEMENT DURABLE)
« Le rapport Tracking SDG71 [2021] montre que 90 % de la population mondiale a désormais accès à l'électricité, mais les disparités exacerbées par la pandémie, si elles ne sont pas résolues, pourraient maintenir l'objectif d'énergie durable hors de portée, mettant en péril d'autres ODD et les objectifs de l'Accord de Paris », a déclaré Mari Pangestu, directrice générale de la politique de développement et des partenariats à la Banque mondiale. « L'accès à l'énergie et le changement climatique nécessitent une transition énergétique inclusive. Nous devons travailler ensemble pour atteindre l'ODD7 afin que chacun puisse accéder à une électricité propre, abordable et durable.
Outre le solaire et les procédés « classiques », une ressource primaire dont cette planète regorge à satiété existe mais peine à être exploitée : La mer !
D'AILLEURS, DE QUOI EST COMPOSEE L’EAU DE MER ?
La salinité (masse de sels contenue dans 1 kg d'eau de mer ) de l'eau de mer est en moyenne de 35 ups (unité pratique de salinité), soit 35 g/kg ou 1mg/g de sels
© Concentration des principaux éléments en eau de mer Méditerranée (source : Klein et al, 1999) 2
LA MER ET L’ELECTRICITE : QUEL RAPPORT ?
Après l’exploitation des ressources fossiles (pétrole, gaz, charbon, composés essentiellement de carbone) puis la diminution de ces dernières du fait d’une consommation grandissante, il a fallu trouver une alternative à ces sources d’énergie. C’est vers 1800 que l'électrochimie préparative ou l'art de faire de la chimie avec de l'électricité révolutionne le monde.
L'électrolyse de l'eau voit alors le jour quelques semaines après l’invention de la pile électrique (dite pile électrochimique ou voltaïque). L’électrolyse permet le stockage des énergies renouvelables ainsi créées.
L'entonnoir et les deux vérins à nez unique ont été initialement remplis d'eau acidulée (une petite quantité d'acide sulfurique). Chaque cylindre a été mis sur une électrode de platine. Comme l'engin était connecté à une batterie, le courant a commencé à circuler. Dans le cylindre, du côté de l'électrode négative il y avait deux fois plus de gaz formé que dans l'autre.
© Chimie vintage gravure
Electrolyse de l’eau par le chimiste anglais William Nicholson _1800,_Alarmy
Composition de l’eau © Electrolyse de l’eau Louis Joseph Gay-Lussac et Alexander von Humboldt 1805, Alarmy
Cyrus Smith dans l'Île mystérieuse (Jules Verne, 1875) : « Oui mes amis, je crois que l'eau sera un jour employée comme combustible, que l'hydrogène et l'oxygène… fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisable et d'une intensité que la houille ne saurait avoir » et «… l'eau décomposée en ses éléments constitutifs… sans doute par l'électricité… »3
"Petits principes" de la chimie de l'eau
QU’EST-CE QUE L’ELECTROLYSE 4 ?
L’énergie dégagée provient du « craquage » puis recombinaison, dans une solution aqueuse appelée électrolyte, d’électrons (particules constitutives du courant électrique) échangeant des ions entre eux sous l’impulsion d’un courant électrique
© L’électrolyte / eau déminéralisée_ https_ _ _www.watteo.fr_electrolyte-quest-ce-que-cest_
[Electrolyte : solution catalysant ou stimulant les échanges entre 2 éléments (cathode et anode) de matériaux variables échangeant des électrons. Un élément perd un ou plusieurs électrons (le réducteur), tandis que l'autre (l'oxydant) en gagne]
L’électrolyte est un facilitateur de transport ionique
L’électrolyse joue un rôle majeur depuis quelques décennies.
L'hydrogène est aujourd’hui une énergie renouvelable très étudiée et prometteuse. Elle provient, entre autres, également de l’électrolyse.
COMMENT FONCTIONNE L’ELECTROLYSE ?
EN PRATIQUE
OU STOCKER L’ENERGIE DE L’ELECTROLYSE ?
ET WATERLIGHT DANS TOUT CELA ?
« Il y a environ 840 millions de personnes dans le monde qui n'ont pas accès à l'électricité. (…) Waterlight est née pour « illuminer La Guajira ». Étant si loin de mon pays, la Colombie, j’ai senti que c’était le moment de promouvoir cette nouvelle révolution énergétique», explique Miguel Mójica5
Dans la région, les conditions météorologiques ne sont pas propices à l’utilisation d’équipements solaires d’après ce que rapporte Alexandre Bonazzi de la revue Néozone6. Sans connexion électrique, les zones également dépourvues de soleil ou de vent ne peuvent bénéficier de lumière (lampe) et d’énergie (rechargement de petits appareils électriques) complète le site Fast company7
DESCRIPTION ET PARTICULARITES DE WATERLIGHT
Cette lampe est un vrai outil multifonctions.
Waterlight est constituée d’un long cylindre en bois qui contient en son cœur le dispositif d’ionisation, à sa base la batterie de stockage et la cellule d’émission lumineuse.
© Waterlight
Elle se distingue visuellement car elle est sertie d’un bracelet rappelant des motifs traditionnels chers aux Wayúu : La faune, la flore et leur lien avec la mer.
Elle est composée de matériaux entièrement recyclables et résistants, clé, selon Miguel Mójica, de la contribution des designer.euses aux défis à relever pour la sauvegarde de la planète. Et de rajouter « La collaboration de professionnels des domaines de la biologie, de la médecine et de l'ingénierie sera essentielle pour apporter la durabilité dans notre environnement quotidien grâce à la conception de produits innovants »
Pour fonctionner, elle utilise seulement un demi-litre soit deux tasses d’eau salée pour fournir de la lumière pendant 45 jours.8
Selon les concepteurs, E-dina9 associée à Wunderman Thompson Columbia10, contrairement à une lampe solaire qui nécessite de transformer d’abord l’énergie solaire en énergie alternative avant emploi, Waterlight se recharge instantanément, dès qu'elle est remplie d'eau.
En plus de pouvoir fonctionner non-stop pendant des semaines, la lampe peut également rester allumée 24 heures sur 24 ! Comme l’explique Pipe Ruiz Pineda de E-Dina.
Cette start-up colombienne est parvenue à concevoir et breveter « un moyen d’ionisation du magnésium qui dure plus longtemps que n’importe quelle technologie auparavant (…) La durée de vie de la lampe équivaut à deux à trois ans d’utilisation [240 h en continue soit quarante-cinq jours de lumière non-stop par remplissage et jusqu’à 5 600 heures], tout dépendra de la fréquence d’usage. ».
Elle possède également un port USB intégré permettant de charger un téléphone portable ou autre petit appareil.
Ensuite, dès que toutes les particules de sel ont été utilisées pour générer de l’électricité, l’eau dans la lampe peut être utilisée pour le lavage, le nettoyage voire la cuisson.
Les résidus de cette réaction ionique sont respectueux de l’environnement.
Enfin, lorsqu’elle arrive en fin de vie, WaterLight est 100 % recyclable.
COMMENT ÇA MARCHE ?
L’électrolyse de l’eau de mer : Processus chimique de l’ionisation du magnésium
© Infographie PND_fév 2022
L’électrolyte, ici l’eau salée (eau de mer ou urine d’ailleurs) est versée dans le cylindre de bois faisant office d’électrolyseur.
Ce dernier contient deux électrodes : une constituée d’une plaque de magnésium (verte à droite), l’anode (+) et l’autre de cuivre (orange à droite), la cathode (-).
Sous l’impulsion d’un faible courant électrique résiduel généré par la batterie (socle cylindre orange foncé), l’eau salée va entrer en ionisation avec chacune des plaques : Des ions magnésium (ou anions) et des ions cuivre (ou cations) vont être libérés. Cette libération ou « craquage » moléculaire va engendrer un courant ou flux électrique du fait que les anions se dirigent vers la cathode (voir principe de l’électrolyse plus haut).
Ce courant généré, branché en circuit fermé (en boucle) avec le diffuseur lumineux, va allumer la lampe tant que le circuit sera ouvert. 11
Si jamais il y a un interrupteur de flux de ce courant intégré à la lampe, le circuit sera ouvert , la lampe s’arrêtera de fonctionner.
Avantages et limites techniques
L’anode de magnésium est une pièce relativement bon marché. Elle est conçue spécifiquement pour se corroder à la place des pièces métalliques les plus chers du produit, ici le cuivre.
La première propriété de l’anode à considérer est son potentiel électrique.
Tous les métaux génèrent une tension négative (par rapport à une électrode de référence) lorsqu'ils sont immergés dans l'eau.
La tension la plus active du métal est le magnésium qui génère -1,6 Volts (soit un négatif de 1,6 volts).
Afin d'assurer la protection contre les surtensions, la plus grande différence de tension est nécessaire entre l'anode et le métal à protéger (ici le cuivre). C’est ainsi que les anodes en magnésium portent ce chiffre à -1,3 volt. Plus la différence de tension est grande et plus la protection obtenue est grande.
Pour une autre anode de même taille, les capacités relatives sont les suivantes :
- Zinc : 100 (prise comme une donnée, par exemple ce pourrait être 100 jours)
- Magnésium : 30
Donc, si vous avez utilisé une anode en magnésium à la place du "100 jours" (anode de zinc), elle ne durerait que 30 jours.
En conclusion le magnésium, moins coûteux, donne certes la plus grande protection contre les surtensions, mais l'aluminium par exemple dure beaucoup plus longtemps, 5 fois plus long que le magnésium. 12
PROTOTYPAGE ET VIABILISATION DE WATERLIGHT
Elle a fait l’objet d’un test grandeur nature auprès de population n’ayant pas accès à l’électricité mais à l’océan depuis un prototype en plastique. Les membres de la tribu Wayúu les ont utilisées sur leurs bateaux lors de sorties de pêche de nuit, les enfants le soir pour les leçons, les femmes pour leur activité de loisir, …etc.
RECONNAISSANCE : PRIX ATTRIBUES Pour la petite histoire, Waterlight a reçu un Silver Lion dans la catégorie « Design » et deux bronzes dans les catégories « Innovation » et « Responsabilité sociale », au Cannes Lions International Festival of Creativity 2021.
LA SUITE DE L’AVENTURE ?
« Toutefois, un coût de 60 à 100 dollars est annoncé pour les premiers exemplaires, soit trois fois plus qu’une lampe solaire classique. » 13
Mis en place pour répondre à une urgence spécifique de certains territoires, faut-il s’étonner que le grand public n’y ait pas accès ?
Dans le cadre de la politique mondiale de préservation des ressources naturelles, de modification de nos habitudes de consommation, élargir l’acquisition de cette nouvelle technologie est-ce une option ?
Entre les enjeux de la planète et ceux économiques, quels choix seront décidés ?
En tous cas, pour l’heure, le produit n'est disponible qu'à l’achat par les ONG, les gouvernements et les organisations privées.14
Sources :
1 https://www.worldbank.org/en/news/press-release/2021/06/07/report-universal-access-to-sustainable-energy-will-remain-elusive-without-addressing-inequalities
2 https://hmf.enseeiht.fr/travaux/bei/beiere/content/composition-de-leau-de-mer
3 https://www.palais-decouverte.fr/fileadmin/fileadmin_Palais/fichiersContribs/ressources-en-ligne/revue-decouverte/complements/343_dec_06/PMILLET_n343_p17-25_w.pdf
5 Miguel Mójica est un designer qui vit à Valence (Espagne) depuis l'obtention de sa maîtrise en design de produits à l'université CEU Cardenal Herrera.
8 https://wochenblatt.cc/neue-lampe-erzeugt-licht-fuer-45-tage-mit-einem-halben-liter-salzwasser/
9 située dans la zone franche de Santander est « une entreprise qui développe des produits d'énergie renouvelable pour faire du monde un endroit durable et équitable pour tous ». Elle en a développé la technologie de base. Pour la commercialisation, E-dina s’est associée à Wunderman Thompson Columbia
10 agence internationale en conseil, marketing, publicité et société en technologie implantés dans 90 machés mondiaux.
Au sein des équipes se trouvent, entre autres, Pipe Ruiz, Rene Rojas, Giovanny Leal, Gustavo Tovar, Nicolás Pinzón, Miguel Mojica.
12 https://www.agbm.fr/attachment/373237
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