- La station du pôle Sud, contrairement à McMurdo sur la côte, ne dispose d’aucune source d’eau liquide ; elle produit donc l’eau potable et l’eau à usage domestique en faisant fondre des milliers de pieds de neige, et traite aussi les eaux usées selon une méthode distincte
- L’eau douce commence avec un puits souterrain creusé dans la neige appelé Rodwell, où l’on fait circuler de l’eau chaude pour créer un lac souterrain, puis on pompe cette eau vers l’installation de traitement
- La neige profonde du pôle Sud est à environ -60°F, et pour obtenir 1 gallon d’eau liquide à 50°F, il faut environ 268 Wh d’élévation de température auxquels s’ajoutent 350 Wh de chaleur latente de fusion, soit environ 618 Wh au total, ce qui rend la production d’eau très énergivore
- Dans l’usine de traitement, l’eau est distribuée après être passée par un contacteur à calcaire, des filtres, du carbonate de sodium, du chlore, des réservoirs de stockage et des réservoirs sous pression ; les canalisations utilisent isolation et câbles chauffants pour éviter le gel
- Les eaux usées, au lieu d’être traitées puis rejetées comme à McMurdo, sont stockées sans traitement dans un Rodwell arrivé en fin de vie ; en juin 2024, aucune station de traitement des eaux usées du pôle Sud n’est incluse dans la planification ni dans le budget
Différences entre une base côtière et le pôle Sud intérieur
- La plupart des stations de recherche antarctiques se trouvent sur la côte ou à proximité
- parce que la mer adoucit le climat, permet la logistique par navire, et fournit à la fois une source d’eau et un moyen d’évacuer les eaux usées
- les sites de recherche scientifique sont aussi souvent proches du littoral
- La station du pôle Sud est l’une des bases intérieures exploitées toute l’année
- elle se situe sur le plateau intérieur, à environ 975 miles au sud de McMurdo Station
- contrairement aux bases côtières où l’eau liquide est directement accessible, il faut ici faire fondre la neige pour obtenir de l’eau
Les infrastructures d’eau douce à McMurdo
- McMurdo étant une base côtière, elle peut accéder toute l’année à de l’eau de mer liquide sur le rivage en contrebas de la ville
- même lorsque la température descend jusqu’à -30°F en hiver, de l’eau liquide subsiste sous la glace
- l’eau de mer est pompée via les pompes du Seawater Intake Facility, le bâtiment 179
- Les conduites d’eau de mer utilisent une épaisse isolation et des câbles chauffants
- le heat trace est un fil résistif contrôlable, installé le long des conduites
- lorsqu’on y fait passer du courant, il produit de la chaleur, que l’isolant retient pour empêcher l’eau de geler dans les tuyaux
- L’eau de mer de McMurdo sert à deux usages
- les aquariums d’eau de mer du Crary Lab
- la production de potable water pour l’exploitation de la base, c’est-à-dire l’eau à usage domestique
- La production d’eau à usage domestique passe par plusieurs étapes dans la station de traitement d’eau de McMurdo
- l’eau de mer arrive à environ 28°F et reste liquide à une température inférieure à celle de l’eau douce à cause de sa salinité
- elle est chauffée jusqu’à environ 37°F grâce à la chaleur fatale de la centrale
- elle est filtrée pour retirer les sédiments
- l’osmose inverse élimine le sel et les minéraux naturellement présents, et les matières restantes sont rejetées vers la mer
- une étape de polishing ajuste la dureté et le pH, et une petite quantité de chlore est ajoutée pour limiter les effets de contamination dans le système de stockage et de distribution
- McMurdo stocke des centaines de milliers de gallons d’eau traitée
- la population peut dépasser 1 000 personnes au pic estival
- il faut aussi de l’eau pour la lutte contre l’incendie, ce qui impose une capacité de stockage importante
L’eau douce du pôle Sud : une eau qui commence au Rodwell
- Le pôle Sud ne dispose d’aucune source d’eau liquide, et la station se trouve sur un plateau intérieur froid, à des centaines de miles de la côte
- L’eau est produite en faisant fondre des milliers de pieds de neige
- la neige en profondeur est à environ -60°F
- pour élever de 1°F la température de 1 gallon d’eau, il faut 2,44 Wh, soit 8,33 BTU de chaleur
- passer de -60°F à 50°F, soit une hausse de 110°F, nécessite 268 Wh
- en ajoutant la chaleur latente de fusion nécessaire au passage de l’état solide à l’état liquide, il faut encore 350 Wh par gallon, pour un total d’environ 618 Wh
- L’alimentation en eau du pôle Sud commence avec le Rodwell
- Rodwell est l’abréviation de « Rodriguez Well »
- le concept original a été conçu par Raul Rodriguez pour un camp au Groenland
- l’installation actuellement en service est officiellement appelée « Rodwell 3 »
- plusieurs futurs emplacements de Rodwell sont aussi planifiés
- Le fonctionnement de base d’un Rodwell est simple
- on fore un trou dans la neige
- on y injecte de l’eau chaude pour faire fondre la neige
- l’eau fait fondre la neige alentour et crée un lac souterrain
- l’eau liquide est pompée depuis ce lac souterrain
- en maintenant la circulation d’eau chaude, on peut conserver et agrandir ce lac souterrain
- Le bâtiment de support du Rodwell contient les équipements de contrôle et de supervision, et il est chauffé
- le puits descend à plusieurs centaines de pieds sous la surface
- il contient à la fois la conduite d’eau remontée, la conduite de retour d’eau chaude, les câbles électriques de la pompe immergée, ainsi que les lignes de signal pour les capteurs et les circuits de commande
Circulation du Rodwell et prévention du gel
- L’eau issue du Rodwell est acheminée vers l’usine principale de traitement, située à plusieurs centaines de pieds
- une partie sert à l’eau à usage domestique de la base
- le reste repasse par l’échangeur thermique de l’usine puis retourne vers le Rodwell
- L’eau brute pompée depuis le Rodwell est à environ 36°F
- après passage par l’usine de traitement et le contacteur à calcaire, elle atteint environ 42°F
- l’eau de circulation renvoyée vers le Rodwell est chauffée jusqu’à environ 84°F
- Le bâtiment de support du Rodwell dispose d’une chaudière de secours et d’un échangeur thermique
- pour garantir qu’il y ait toujours de l’eau chaude envoyée au Rodwell même si un problème survient sur la conduite de retour entre l’usine et le Rodwell
- si la boucle de circulation d’eau chaude est perdue, le Rodwell risque d’être endommagé
- un apport thermique continu est une condition essentielle de son fonctionnement
- Un Rodwell est utilisé pendant plusieurs années
- lorsqu’il devient trop grand, son volume peut atteindre plusieurs millions de gallons
- on cesse alors de l’utiliser comme source d’eau douce et on démarre un nouveau Rodwell à un autre emplacement
- l’ancien Rodwell est converti en réservoir de stockage des eaux usées
- On peut consulter davantage de documents historiques sur les Rodwell sur le site de Bill Spindler, South Pole Station
L’usine de traitement de l’eau du pôle Sud
- L’eau du Rodwell rejoint l’usine principale en passant par des ice tunnels souterrains
- les ice tunnels sont un réseau de passages techniques souterrains creusés dans de la neige fortement compactée
- les conduites y sont équipées d’isolation et de heat trace
- L’usine de traitement se trouve dans les arches à côté de la centrale, sous le beer can
- la boucle de glycol transportant la chaleur fatale des générateurs arrive depuis la centrale voisine, ce qui facilite son usage dans les échangeurs thermiques
- Une fois dans l’usine, l’eau passe d’abord par un contacteur à calcaire
- ce contacteur ajoute des minéraux pour relever le pH de l’eau
- il améliore la résistance à la corrosion et rend l’eau plus adaptée à la consommation humaine
- selon les objectifs de traitement visés, le contacteur peut être mis en ligne ou hors ligne
- toute l’eau, y compris celle destinée à retourner au Rodwell, passe par ce contacteur
- L’eau destinée à l’usage domestique reçoit ensuite un traitement supplémentaire
- elle passe par des filtres à sédiments et des filtres à charbon
- le pH est ajusté plus finement avec du carbonate de sodium, c’est-à-dire de la soude calcinée
- le chlore est utilisé comme désinfectant sous forme d’hypochlorite de calcium
- L’eau domestique traitée est stockée dans de grands réservoirs non pressurisés
- il y a deux réservoirs, ce qui permet de continuer à fonctionner même si l’un est retiré pour maintenance
- chaque réservoir a une capacité de plusieurs milliers de gallons
- ils servent de tampon en cas d’interruptions prévues ou imprévues de l’alimentation du Rodwell ou du processus de traitement
- La qualité de l’eau est contrôlée à plusieurs points du traitement et de la distribution
- un point d’échantillonnage se trouve à la sortie des réservoirs d’eau traitée, juste avant la mise en pression par les pompes d’eau domestique
- l’établi du laboratoire dans l’usine de traitement contient les instruments de mesure
Distribution de l’eau domestique et équipements internes de la station
- La dernière étape du traitement de l’eau domestique consiste à mettre l’eau sous pression et à stocker un volume permettant une alimentation stable
- les pompes portent l’eau traitée à la pression de distribution de la station
- un réservoir de distribution sous pression stocke l’eau destinée à l’usage de la base
- L’eau monte depuis les réservoirs de l’usine le long du beer can pour entrer dans l’elevated station
- il y a environ 50 pieds de dénivelé vertical, ce qui doit être pris en compte dans le réglage de la pression du système de distribution
- le beer can n’est pas chauffé, donc les conduites y sont isolées
- L’elevated station comporte aussi un réservoir sous pression pour la lutte contre l’incendie
- toute la station est équipée d’un système automatique de sprinklers incendie
- Les usages de l’eau à l’intérieur de la station ressemblent à ceux d’un bâtiment ordinaire
- le dish pit de la cuisine est l’un des gros postes de consommation d’eau
- la laverie fonctionne de manière similaire à une buanderie domestique
- la plupart des lave-linge sont raccordés uniquement à l’eau froide pour économiser l’énergie, et seuls quelques-uns sont raccordés à la fois à l’eau chaude et à l’eau froide
- les sèche-linge utilisent un échangeur thermique direct raccordé à la boucle de chauffage au glycol du bâtiment, au lieu d’un chauffage électrique résistif
- les salles de bains et les fontaines à eau se trouvent également dans l’elevated station
- Les fontaines à eau sont des modèles Elkay EZS8SF avec l’extension LK1110 glass filler
Le traitement des eaux usées au pôle Sud
- Les eaux usées du pôle Sud sont traitées d’une manière totalement différente de celles de McMurdo
- McMurdo fait passer ses eaux usées par un véritable procédé complet de traitement
- les eaux usées traitées sont rejetées en mer, et les solides sont renvoyés aux États-Unis pour élimination
- Au pôle Sud, un Rodwell arrivé en fin de vie sert de réservoir de stockage des eaux usées
- lorsqu’un Rodwell atteint sa taille maximale, il n’est plus utilisé pour pomper de l’eau douce
- il est alors converti en « sewage outfall » destiné au stockage des eaux usées
- Les eaux d’égout non traitées et les autres eaux usées s’écoulent via le réseau d’assainissement vers le sewage outfall actuel
- elles y sont stockées indéfiniment sous terre
- aucun traitement des eaux usées n’est effectué avant leur envoi sous terre
- l’outfall situé sous la station du pôle Sud contient plusieurs millions de gallons d’eaux usées non traitées
- En juin 2024, aucune station de traitement des eaux usées pour la base du pôle Sud n’est actuellement planifiée ni budgétée
- le sujet a toutefois été évoqué à plusieurs reprises dans l’histoire de la station
- le document South Pole Station Master Plan Draft 2024 sur le site de la NSF inclut une station de traitement des eaux usées parmi les recommandations
- La méthode consistant à éliminer des eaux d’égout non traitées par injection sous la glace est autorisée par le Système du Traité sur l’Antarctique
- elle est codifiée dans le droit américain à l’article 45 CFR § 671.12(f)
Collecte des eaux usées, évacuation et limites des bâtiments extérieurs
- Les eaux usées de l’elevated station sortent des évacuations sanitaires et sont collectées dans des holding pits
- l’elevated station dispose de deux principaux holding pits
- Les holding pits ont deux fonctions
- fournir un tampon de stockage temporaire afin que la plomberie interne de la station puisse continuer à être utilisée pendant les opérations de maintenance sur la conduite d’évacuation ou le sewer outfall
- accumuler les eaux usées puis les évacuer de force à fort débit afin de transporter plus efficacement les matières en suspension
- Si les eaux usées s’écoulaient vers le sewer outfall au même rythme que leur production, les solides pourraient se déposer en route et provoquer des obstructions
- Le holding pit du pod « B » se trouve dans l’Emergency Power Plant
- cette zone fait partie du « lifeboat », une aile d’infrastructure redondante capable de fonctionner de façon autonome si le reste de la station est endommagé
- elle évacue normalement vers le principal sewage/wastewater outfall
- si le principal outfall rencontre un problème, elle peut aussi évacuer vers un emergency outfall plus petit
- le même espace abrite également une infrastructure d’urgence de traitement de l’eau capable de produire de la potable domestic water à partir de neige fondue
- Le wastewater pit du pod « A » se trouve dans une grande salle mécanique au premier étage du pod A
- toutes les installations du pod A y envoient leurs eaux usées par gravité
- elles sont évacuées vers l’outfall principal
- Lorsque les pits sont pleins, ils sont automatiquement vidangés vers le sewer outfall
- le tracé est globalement similaire à celui des conduites d’alimentation en eau domestique
- il sort de la station, descend le long du beer can, traverse les ice tunnels et rejoint le sewer outfall actuel
- du heat trace est appliqué pour éviter que les eaux usées ne gèlent jusqu’au dernier tronçon vertical
- Tous les bâtiments du pôle Sud ne sont pas raccordés au système de plomberie
- seuls l’elevated station et l’arch de la centrale disposent d’eau courante et d’un raccordement aux eaux usées
- les bâtiments extérieurs comme IceCube, MAPO, DSL et ARO sont trop éloignés, et un raccordement n’a jusqu’à présent pas été jugé rentable
- Des alternatives existent pour les personnes travaillant hors de la station
- en été, la population est plus nombreuse et des porta-potties sont installées autour du campus
- lorsque les porta-potties sont pleines, leurs déchets doivent être ramenés à la station
- les bâtiments extérieurs permanents utilisent diverses solutions, allant du seau aux dry toilets avec réservoir de stockage amovible
- les équipes qui partent loin peuvent emporter une bouteille Nalgene HDPE de 32oz fournie par l’USAP ; elle est remise au début de la saison puis doit être nettoyée, désinfectée et restituée avant le départ
Une infrastructure essentielle mais invisible
- Quand on ouvre un robinet dans l’elevated station, tout fonctionne comme dans un bâtiment ordinaire, mais derrière se trouvent le Rodwell, les ice tunnels, le heat trace, les échangeurs thermiques au glycol et les réservoirs sous pression
- Les systèmes d’eau et d’eaux usées du pôle Sud fonctionnent malgré un froid extrême, le vent, l’accumulation continue de neige, une chaîne logistique longue, ainsi que les difficultés d’obtenir du personnel spécialisé et des pièces de rechange
- Cette infrastructure est une base essentielle qui permet aux êtres humains de vivre et de travailler au point le plus austral de la planète
1 commentaires
Avis Hacker News
Ce genre d’article est toujours intéressant, et permet d’entrevoir ce que signifie maintenir la vie dans des conditions inhabituelles, comme à la base du pôle Sud.
Toute l’exploitation semble tenir sur le fil, entre l’entropie qui pousse constamment pour s’infiltrer et l’énergie qu’il faut déployer pour la contenir, ce qui est assez inquiétant. On se demande à quelle vitesse tout s’effondrerait en cas de problème avec les générateurs ; le fait qu’au final, ce soit le carburant qui soutienne tout paraît encore plus évident dans un environnement aussi froid.
J’aimerais aussi lire un article sur la maintenance de ce type d’installation. Encore mieux s’il racontait des problèmes qui ont menacé l’existence de la base et la manière dont ils ont été surmontés. Même avec de la redondance, dans le monde physique, les pannes semblent inévitables.
Il existe aussi un mélange polaire spécifique, l’AN8. Il y a beaucoup de redondance et des équipements sur place pour réparer : https://www.jeffreydonenfeld.com/blog/2012/12/the-south-pole...
C’est toujours un plaisir de voir des articles de brr.fyi sur HN.
Vivre au pôle Sud, c’est presque comme vivre sur une planète extraterrestre.
C’est étrange de penser qu’une énorme quantité d’excréments est enfouie sous le pôle Sud.
Il y a des choses qu’il vaut parfois mieux ignorer.
C’est toujours bien de voir les choses avec optimisme.
L’Antarctique pourrait rester intact pendant des millions d’années, jusqu’à ce que des extraterrestres atterrissent et découvrent un mystérieux lac supplémentaire rempli de toutes sortes de microbes.
Un élément manquant : la première installation mentionnée par l’OP, l’usine de dessalement de McMurdo, fonctionnait autrefois au nucléaire, mais cette solution a été abandonnée et elle utilise aujourd’hui du diesel.
https://en.wikipedia.org/wiki/McMurdo_Station#Nuclear_power_...
Le diesel a l’air beaucoup plus pratique.
https://theconversation.com/remembering-antarcticas-nuclear-...
J’ai toujours aimé sur HN les articles qui explorent en profondeur des sujets intéressants comme celui-ci.
J’ai été un peu surpris de voir que même toutes les photos étaient en degrés Fahrenheit. Les tunnels de glace sont vraiment géniaux. Quand on a grandi avec Star Wars, comment ne pas aimer ça ?
Avant l’achèvement du premier Rodwell, où allaient les eaux usées ?
On y trouve beaucoup de récits sur l’exutoire des eaux usées, le gel des canalisations et le remplacement des pompes de relevage. C’était probablement un trou creusé dans le sol.
On utilise encore ce genre de méthodes dans les bâtiments extérieurs dépourvus d’égouts ou d’infrastructures d’eau. La réponse se trouve probablement quelque part sur southpolestation.com, le site de Bill Spindler.
Ces toilettes sèches sont simplement faites avec de l’air chaud. L’eau potable vient d’une grotte à neige, d’où l’on pelletait la neige dans un dispositif de fonte.
« Pour chauffer l’équivalent d’un gallon d’eau de -60 °F jusqu’à une température de distribution raisonnable de 50 °F, il faut l’augmenter de pas moins de 110 °F. Rien que porter un gallon d’eau à la température de distribution nécessite 268 Wh d’énergie pure ! »
En réalité, c’est plus que cela. Le changement de phase du solide au liquide consomme lui aussi beaucoup d’énergie.
330 kJ/kg, soit 1 250 kJ par gallon, environ 350 Wh. Donc l’énergie nécessaire pour dégeler un gallon d’eau est supérieure à celle requise pour les 110 °F de hausse de température restants.
En termes de physique, on parle de chaleur latente de fusion : l’énergie nécessaire pour provoquer le changement d’état entre liquide et solide. Il y a quelques années, j’ai vu quelqu’un calculer l’énergie nécessaire pour faire fondre la glace devant une locomotive en marche ; si je me souviens bien, il fallait l’équivalent d’un réacteur nucléaire non négligeable. Pas vraiment pratique.
Ça m’a choqué qu’une base scientifique comme celle-là utilise les degrés Fahrenheit pour mesurer la température de l’eau
J’ai passé une semaine à chercher une vis métrique d’une taille précise, et la douleur est bien réelle
Pour être clair d’emblée, la majeure partie de la base n’est pas de la « science », mais de l’infrastructure où vivent des gens. Les personnes qui entretiennent les bâtiments sont habituées au système impérial, donc il est logique d’utiliser ces unités. Les matériaux et pièces de réparation viennent aussi d’entreprises américaines, et dans bien des cas c’est même imposé légalement
Par exemple, quand on fait la ronde quotidienne dans la centrale électrique, toutes les mesures de température des moteurs sont en F. Pratiquement tous les thermomètres de fluide en ligne affichent des F. Tous les thermostats intérieurs sont en F. Les dimensions des bâtiments sont très probablement presque toutes indiquées en pieds
Donc l’unité de température de l’eau n’a pas grande importance. On ne fait pas de recherche sur l’eau ici : sauf pour le travail technique consistant à calculer les débits, il faut surtout un approvisionnement stable et potable
La météo est rapportée en unités métriques, parce que METAR est le format standard. Cela dit, dès qu’on parle aviation, l’altitude est encore universellement exprimée en pieds
Mais les télescopes, c’est vraiment terrible. Il y a du matériel en système impérial partout. Cela dit, côté cryogénie, on utilise le Kelvin
Dans les contextes où ce biais centré sur l’humain n’est pas avantageux, je ne pense pas qu’ils utiliseraient les degrés Fahrenheit
En plus, la plupart des équipements, surtout des choses comme la plomberie, viennent probablement de fournisseurs américains, donc les approvisionner en pouces est beaucoup plus simple
Un ami qui travaille dans le Nord m’a dit qu’il avait collecté des météorites dans la neige fondue utilisée comme eau
Je me demande s’il y a aussi un peu de poussière de météorite accumulée au fond du Rodwell
Autrefois, on descendait parfois un aimant pour récupérer des objets tombés, comme des outils. Quand on remontait l’aimant, de la limaille métallique y était accrochée. Mais comme l’eau est continuellement recirculée, il est difficile d’écarter l’objection selon laquelle ce ne seraient que des particules d’usure provenant des canalisations ou d’autres machines. Cela suppose qu’il y ait des matériaux ferreux dans le circuit
Intéressant
« Pour chauffer l’équivalent d’un gallon d’eau de -60°F jusqu’à une température de distribution raisonnable de 50°F, il faut l’augmenter de pas moins de 110°F. Il faut 268 Wh d’énergie pure rien que pour amener un gallon d’eau à la température de distribution ! C’est l’une des raisons pour lesquelles les douches sont limitées à 2 minutes »
Tous ceux qui lisent ça pourraient essayer de tenir une semaine avec une douche de 2 minutes par jour, histoire de voir s’ils seraient capables de postuler à ce boulot
Ce n’est pas aussi difficile que ça en a l’air. On se mouille, on coupe, on se savonne, on rince, on coupe. Avec un peu d’entraînement, on peut être assez propre en 20 à 30 secondes d’eau utilisée
Ce n’est toutefois pas très satisfaisant. Si on a les cheveux longs ou qu’on utilise de l’après-shampoing, j’ai du mal à imaginer à quel point ce chiffre augmente
Si l’on ne fait pas un travail très physique ou très poussiéreux/salissant, un bain complet quotidien n’est pas nécessaire
Quand j’ai créé l’habitude, je chronométrais 5 minutes, mais maintenant je tends naturellement vers environ 2 minutes. Bien sûr, le « froid » du Colorado n’est pas le « froid » de l’Antarctique. Mais si l’on ne se laisse pas aller au luxe de rêvasser dans la vapeur et sous la douche, 2 minutes suffisent pour se doucher