Le verre dans l'espace

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Message Mer 8 Déc 2010 - 14:10


@Giwa a écrit:Une question Argyre :
A quoi et /ou à qui seraient destinées ces vitrages ? Pour des serres ? Pour des habitacles ?
Selon leur emploi, les critères de sécurité différent.
Cordialement,

Habitats, serres, et même peut-être les lieux de travail.
En ce qui concerne l'habitat, l'idée est de réaliser un habitat passif, c'est à dire ne nécessitant pas de chauffage. Il faut donc de nombreux vitrages, à la fois au niveau des murs et du plafond afin de bénéficier au maximum de l'effet de serre pendant la journée. La nuit, on couvre d'un isolant supplémentaire et on récupère l'énergie emmagasinée pendant la journée grâce à un objet placé au centre de l'habitat (ou éventuellement de l'eau chaude chauffée pendant la journée).
Je réfléchis en effet à des spécifications pour l'habitat martien le plus économe en énergie, durable et écolo à la fois.

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Message Mer 8 Déc 2010 - 14:41


@Argyre a écrit:
@Giwa a écrit:Une question Argyre :
A quoi et /ou à qui seraient destinées ces vitrages ? Pour des serres ? Pour des habitacles ?
Selon leur emploi, les critères de sécurité différent.
Cordialement,

Habitats, serres, et même peut-être les lieux de travail.
En ce qui concerne l'habitat, l'idée est de réaliser un habitat passif, c'est à dire ne nécessitant pas de chauffage. Il faut donc de nombreux vitrages, à la fois au niveau des murs et du plafond afin de bénéficier au maximum de l'effet de serre pendant la journée. La nuit, on couvre d'un isolant supplémentaire et on récupère l'énergie emmagasinée pendant la journée grâce à un objet placé au centre de l'habitat (ou éventuellement de l'eau chaude chauffée pendant la journée).
Je réfléchis en effet à des spécifications pour l'habitat martien le plus économe en énergie, durable et écolo à la fois.

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Dans ce cas, on pourrait concilier les deux en plaçant les habitats à l'intérieur des serres - les habitats se trouvant isoler des serres par un vitrage supplémentaire pour offrir plus de protection et de sécurité aux humains qu'aux plantes .
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Message Mer 8 Déc 2010 - 21:48


@Argyre a écrit:
@CosmoS a écrit: Peut-être que la formule donnée sur cette page pourra t'aider. Elle donne l'épaisseur en fonction du différentiel de pression (+ tableau Excel):

http://www.ispoptics.com/DesignOfPressureWindow.htm

Après il faut trouver le module de rupture du verre ...
:ven: :ven: :ven:
Super la formule et le fichier excel, merci infiniment !
Effectivement, il n'est pas aisé de savoir quoi mettre pour le module de rupture du verre, surtout si on envisage un verre imparfait produit sur l'astre. En tout cas, l'ordre d'idée y est, c'est l'essentiel.
Internet a écrit:Note: Rupture modulus of annealed glass in tension is 6,000 psi therefore the modulus of rupture of tempered glass is 4 x 6,000 or 24,000 psi.
Pour info, en prenant une fenêtre de 1 mètre de diamètre, une différence de pression de 1 Atm, un facteur de sécurité de 4 et un module de rupture du verre à 6000 psi (valeur a priori faible vue sur Internet pour le verre recuit de base, j'espère que je ne me plante pas), je trouve que l'épaisseur doit être de 5,2 cm, ce qui semble raisonnable.
Pour une différence de pression réduite à 1/2 Atm (a priori, on doit pouvoir vivre sous cette pression, moyennant une pression partielle d'oxygène de l'ordre de 40%), le calcul donne 3,7 cm d'épaisseur.
A noter que si on choisit un diamètre de 2 mètres, l'épaisseur de verre requise grimpe à plus de 7,4 cm (la variation est en fait linéaire avec la longueur du diamètre) et pour le coup, cela parait irréaliste. Adieu les grandes baies vitrées ...

Conclusion, en exploitant les silicates trouvés sur Mars, il doit être possible de fabriquer des baies vitrées pour l'habitat. Néanmoins, il faudra se contenter de surfaces pas trop grandes, quitte éventuellement à en avoir plusieurs, maintenues par une structure métallique par exemple.

Merci encore, merci à tous, en fait pour toutes les infos, l'analogie avec la poutre, etc.

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Je pense qu'on doit pouvoir gagner sur l'épaisseur en utilisant un hublot concave (un peu comme avec un barrage-voûte).
Pour un caisson de 50 cm dans lequel on fait le vide, j'utilise un hublot convexe qui fait moins d'un centimètre d'épaisseur.
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Message Mer 8 Déc 2010 - 22:20


En regardant la formule (que je n'ai pas vérifiée) sur http://www.ispoptics.com/DesignOfPressureWindow.htm on voit que l'épaisseur de la dalle circulaire est proportionnelle à la racine carré du différentiel de pression. On peut donc aussi scinder la dalle en un vitrage à plusieurs couches de verre feuilleté et séparées par des couches de gaz à des pressions intermédiaires croissantes entre la pression externe et la pression interne.
Exemple : 4 dalles avec des pressions intermédiaires suivantes : 0 (environnement planétaire extérieur) | 1/4 | 1/2 | 3/4 | 1 bar (intérieur de l'habitat), ce qui divise l'épaisseur par dalle par deux par rapport à une dalle unique au prix d'un doublement de la masse totale de verre.
Et comme c'est l'épaisseur de la dalle qui rends difficile sa confection...

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Message Mer 8 Déc 2010 - 22:28


@Henri a écrit:
En regardant la formule (que je n'ai pas vérifiée) sur http://www.ispoptics.com/DesignOfPressureWindow.htm on voit que l'épaisseur de la dalle circulaire est proportionnelle à la racine carré du différentiel de pression. On peut donc aussi scinder la dalle en un vitrage à plusieurs couches de verre feuilleté et séparées par des couches de gaz à des pressions intermédiaires croissantes entre la pression externe et la pression interne.
Exemple : 4 dalles avec des pressions intermédiaires suivantes : 0 (environnement planétaire extérieur) | 1/4 | 1/2 | 3/4 | 1 bar (intérieur de l'habitat), ce qui divise l'épaisseur par dalle par deux par rapport à une dalle unique au prix d'un doublement de la masse totale de verre.
Et comme c'est l'épaisseur de la dalle qui rends difficile sa confection...
Une telle structure devrait aussi améliorer l'isolation thermique.
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Message Mer 8 Déc 2010 - 23:56


@Henri a écrit:
En regardant la formule (que je n'ai pas vérifiée) sur http://www.ispoptics.com/DesignOfPressureWindow.htm on voit que l'épaisseur de la dalle circulaire est proportionnelle à la racine carré du différentiel de pression. On peut donc aussi scinder la dalle en un vitrage à plusieurs couches de verre feuilleté et séparées par des couches de gaz à des pressions intermédiaires croissantes entre la pression externe et la pression interne.
Exemple : 4 dalles avec des pressions intermédiaires suivantes : 0 (environnement planétaire extérieur) | 1/4 | 1/2 | 3/4 | 1 bar (intérieur de l'habitat), ce qui divise l'épaisseur par dalle par deux par rapport à une dalle unique au prix d'un doublement de la masse totale de verre.
Et comme c'est l'épaisseur de la dalle qui rends difficile sa confection...

Ok, c'est une remarque intéressante. Et au fait, est-ce que c'est difficile de fabriquer des vitres très épaisses (à part le fait que c'est plus lourd à transporter) ?
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Message Jeu 9 Déc 2010 - 9:09


@Argyre a écrit: Et au fait, est-ce que c'est difficile de fabriquer des vitres très épaisses (à part le fait que c'est plus lourd à transporter) ?

En consultant internet on peut se faire une première idée sur cette question :

http://www.verreonline.fr/v_plat/fabr_vitr2.php
http://fr.wikipedia.org/wiki/Industrie_du_verre

Premièrement il faut en rester au verre plat –non feuilleté - si on ne veut pas compliquer et ralentir le procédé de fabrication, donc le coût.

Sur Terre –il faut insister car l’épaisseur de la vitre dépend du champ de gravitation - par le procédé float on obtient des vitres brutes de 5 à 6 mm d’épaisseur. Pour passer à des vitres plus minces il faut procéder par étirage.
Sur Mars les vitres brutes devraient être d’épaisseur plus grande, vue la gravité plus faible.

Finalement l'épaisseur maximum est limitée par le procédé même, tout en étant celle que l'on obtient d'emblée.


Dernière édition par Giwa le Jeu 9 Déc 2010 - 9:13, édité 1 fois
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Message Jeu 9 Déc 2010 - 9:12


Les vitres sont habituellement en verre flotté, mais pour des épaisseurs supérieures à 2-3 cm, il y a des procédés mieux adaptés (moulage/pressage, etc.).
Il faut quand même des installations un peu lourdes pour avoir une qualité acceptable sur de grandes dimensions (1 m ou plus).
Il faut voir du côté des procédés artisanaux utilisés depuis des siècles, mais à mon avis, on ne fabriquera pas tout de suite des grandes baies vitrées monobloc de 10 cm d'épaisseur sur Mars.
La fabrication du verre est aussi assez gourmande en énergie...
Au passage, ça ne fait pas très longtemps que les habitations ont des grandes fenêtres en verre, c'était un luxe réservé aux chateaux, cathédrales, etc.


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Message Jeu 9 Déc 2010 - 11:11


La fabrication in-situ de vitrages de 100 mm d'épaisseur et de dimension respectable (1m2 minimum) ne s'annonce pas simple.
Il faut aussi prendre en compte la masse de la plaque créée :
une masse de 2,5 kg par m2 et par mm d'épaisseur pour les vitrages plans

On aurait ainsi des vitrages de 250 kg pour un m2. Certes sous une gravité réduite ....
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Message Jeu 9 Déc 2010 - 16:57


@montmein69 a écrit:La fabrication in-situ de vitrages de 100 mm d'épaisseur et de dimension respectable (1m2 minimum) ne s'annonce pas simple.
Il faut aussi prendre en compte la masse de la plaque créée :
une masse de 2,5 kg par m2 et par mm d'épaisseur pour les vitrages plans

On aurait ainsi des vitrages de 250 kg pour un m2. Certes sous une gravité réduite ....

Comme je l'ai écrit plus haut, on est plutôt sur des ordres de grandeur de 3 à 4 cm d'épaisseur pour des hublots d'1 mètre de diamètre faits en verre quelconque, et si on fait des hublots concaves, ce serait encore moins. La masse ne serait donc pas un problème.

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Message Jeu 9 Déc 2010 - 17:34


@Argyre a écrit: La masse ne serait donc pas un problème.

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Effectivement vue la faible gravité qui réduit au tiers le poids par rapport à la Terre ...et sans compter la pression atmosphérique interne sous la voûte qui allège encore l'ensemble.
A ce sujet la crainte était d'ailleurs - pour certaines études avec des matériaux trop "légers" (pour réduire le coût du transport depuis la Terre) - que le dôme s'arrache du sol en cas d'ancrage insuffisant.
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Message Jeu 9 Déc 2010 - 21:43


@Giwa a écrit:A ce sujet la crainte était d'ailleurs - pour certaines études avec des matériaux trop "légers" (pour réduire le coût du transport depuis la Terre) - que le dôme s'arrache du sol en cas d'ancrage insuffisant.

Concernant l'ancrage, je me demande si la solution ne serait pas finalement d'avoir un plancher intégré à la structure. Comme le serait d'ailleurs un vaisseau spatial posé sur le sol. De cette façon, il n'y a aucun problème d'ancrage et aucun besoin d'enterrer la structure (sauf pour avoir des zones mieux protégées des radiations). Evidemment, il faudrait dans ce cas renforcer la structure au niveau de la jonction mur/plancher, surtout si elle est à angle droit.

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Message Jeu 9 Déc 2010 - 23:20


@Argyre a écrit:
@Giwa a écrit:A ce sujet la crainte était d'ailleurs - pour certaines études avec des matériaux trop "légers" (pour réduire le coût du transport depuis la Terre) - que le dôme s'arrache du sol en cas d'ancrage insuffisant.

Concernant l'ancrage, je me demande si la solution ne serait pas finalement d'avoir un plancher intégré à la structure. Comme le serait d'ailleurs un vaisseau spatial posé sur le sol. De cette façon, il n'y a aucun problème d'ancrage et aucun besoin d'enterrer la structure (sauf pour avoir des zones mieux protégées des radiations). Evidemment, il faudrait dans ce cas renforcer la structure au niveau de la jonction mur/plancher, surtout si elle est à angle droit.

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Effectivement !
Et d'ailleurs quand j'avais vu ce problème de soulèvement de la structure évoquée à propos des serres cela m'avait apparu insolite car je n'avais pas envisagé de serres posées à même un sol brut .
Un autre problème m'est alors apparu pour ce type de serres : comment évitez - dans ce cas - toute fuite par des fissures du sol de l'atmosphère interne?
Mais bon, je n'avais pas été plus loin dans cette réflexion en me disant que cela avait été sans doute envisagé et que ces fuites seraient très minimes si les côtés étaient suffisamment ancrés en profondeur grâce à l'étanchéité du sous- sol gelé en permanence.
Et s'il y avait quelques fissures , elles seraient vites colmatées par l'humidité de l'air en se solidifiant.

Mais tout çà serait à revoir ! :scratch:
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Message Jeu 9 Déc 2010 - 23:52


@Giwa a écrit:...
Mais tout çà serait à revoir ! :scratch:

Autre problème : l'isolement par rapport au sol pour éviter les déperditions de chaleur, surtout si on envisage un habitat en grande partie passif. Je pense qu'il faudrait le placer à l'extérieur de la structure. On pourrait ainsi avoir des matériaux très légers plein de bulles d'air à très faible pression, donc très isolants.
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Message Ven 10 Déc 2010 - 8:05



Argyre, tu devrais examiner d'un peu plus près le coût énergétique de fabrication de ce verre.

Base de départ:
http://www.cipra.org/fr/climalp/construction-renovation/protection-du-climat/lenergie-grise-dans-la-construction/lenergie-grise-dans-la-construction/graue_energie_f.pdf

Pour une vitre, on donne 190 MJ/m².
Ca doit être pour une épaisseur de l'ordre de, mettons, 5 mm.
Pour 4 cm, ça fait : 1520 MJ/m²

Sur Mars, on n'a que de l'énergie solaire. On va donc exprimer ça en surface de collecteur et temps de collecte, pour avoir des ordres de grandeur.
Eclairement solaire : 500 W/m²
1520e6/500=3.04e6 s=35 jours
Comme il y a des nuits aussi sur Mars, à multiplier par 2 : 70 jours
Exprimé autrement, avec ces chiffres, en supposant un rendement de collecte de 100% de l'énergie solaire, il faut 70 m² de surface collectrice pour fabriquer 1 m² de vitre épaisse par jour, chiffre qui est certainement très optimiste.
Sur Terre, le verre était un matériau rare et cher avant l'ère industrielle, et même après, c'est un des premiers matériaux pour lesquels on a mis en place des filière de recyclage, parce que c'est un gouffre énergétique.






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Message Ven 10 Déc 2010 - 8:08


@Argyre a écrit:
@Giwa a écrit:...
Mais tout çà serait à revoir ! :scratch:

Autre problème : l'isolement par rapport au sol pour éviter les déperditions de chaleur, surtout si on envisage un habitat en grande partie passif. Je pense qu'il faudrait le placer à l'extérieur de la structure. On pourrait ainsi avoir des matériaux très légers plein de bulles d'air à très faible pression, donc très isolants.
Pour l'isolation thermique, il y a la laine de verre . Décidément sur Mars nous serons à l' ÂGE du VERRE!
:)
Sinon pour revenir à cette éventualité de serre au sol brut non isolé - en y réfléchissant de nouveau - le problème des fuites d'air n'a rien d'insurmontable avec des fondations sur quelques mètres de profondeur car alors la pression hydrostatique du sous-sol bloquerait toute fuite d'air vers de plus grandes profondeurs.
De plus il y aurait alors un très grand avantage, ces serres ne seraient plus des milieux fermés , ce qui est bien plus avantageux pour les problèmes de régénération . On pourrait envisager des forages à l'intérieur des serres pour aller puiser l'eau et les minéraux à grande profondeur .
Bien sûr l'eau serait sans doute une saumure, mais pourrait être distillée sous "vide" - en profitant de la faible pression martienne - et en utilisant l'énergie solaire.

PS : Il y a bien sûr le problème du coût énergétique de fabrication du verre évoquait par Lambda0 et il faudra faire attention à éviter la casse.
Toutefois les grêlons martiens sont inexistants et les vents martiens très ténus ne mettront pas à bas les verrières - malgré leurs grandes vitesses.

Donc la productivité sera faible , mais le remplacement du verre aussi.
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