Les nouveaux conceptions d’urinoir utilisent la physique pour empêcher le splashback de pipi

Les urinoirs ne sont pas un nouveau concept. En fait, certains des premiers exemples connus peuvent être retracés à environ 1000 EC, lorsque les monastères sri-lankais ont commencé à installer des récipients en pierre délicatement sculptés. Les versions européennes ont commencé à s’installer au 19e siècle grâce en grande partie à l’œuvre du fonctionnaire parisien Claude-Philibert Barthelot. En 1917, l’aliment de base des toilettes publique a été culturellement omniprésent pour inspirer Marcel Duchamp « La Fontaine.  » Depuis lors, basique conception urinaire est resté similaire, sinon presque identique, à la célèbre œuvre d’art dadaïste de Duchamp. Et comme n’importe quel user urinant Sait, il y a encore des inconvénients – ou, plutôt, des éclaboussures.

Alors que la plupart des gens ne subissent que de temps en temps les éclaboussures désagréables, les gouttelettes de pipi s’additionnent. UN Étude 2019 estimé qu’aux États-Unis seulement, les 56 millions d’urinoirs du pays éclaboussaient les sols de salle de bain publics avec jusqu’à 1 million de litres d’urine chaque jour. L’urine est principalement stérile, mais le liquide devient rapidement un terrain reproducteur pour les bactéries. Pendant ce temps, son odeur chargée d’ammoniac s’infiltre fréquemment dans l’air ambiant. Les résultats sont les urinoirs et les planchers avec Concentrations de bactéries significativement plus élevées par rapport aux toilettes nécessitant des efforts de nettoyage supplémentaires. Plus de nettoyage signifie plus de main-d’œuvre, ce qui coûte à son tour les institutions publiques plus d’argent, de temps et de ressources.

Mais après 108 ans, «La Fontaine» peut enfin recevoir des mises à niveau de conception scientifiquement optimisées pour réduire les éclaboussures et améliorer la santé publique globale. Créés par une équipe internationale, y compris des chercheurs et des étudiants de premier cycle à l’Université du Canada de Waterloo, deux nouvelles constructions d’urinoir surnommées la «Cornucopie» et le «Nautilus» exploitent la dynamique des fluides pour réduire le pipi à une fraction de ce qui est produit à partir d’urinoirs commerciaux contemporains. Les conceptions sont mises en évidence dans une étude publiée le 8 avril dans la revue NEXUS PNAS.

“This urinal design project is the best teaching tool I can think of, as it is a daily-life problem that covers numerous topics—including fluid mechanics, sustainability, differential equations, manufacturing and prototyping, art, industrial design, human factors, bio-mechanics and testing,” Zhao Pan, a University of Waterloo mechanical and mechatronics engineering professor and study lead author, dit dans un communiqué.

Selon les chercheurs, une partie de l’inspiration du projet n’est pas venue de la physiologie humaine, mais des chiens. Les canines urinent souvent contre les arbres à des angles inconsciemment spécifiques afin de réduire les éclaboussures. L’équipe devait ensuite résoudre ce que l’on appelle un problème de courbe isogonale -, essentiellement, les interactions inclinées de l’urine avec un urinoir qui produisent une spirale similaire à la géométrie observée dans les coquilles de Nautilus (d’où l’un des nouveaux noms d’urinoir). À partir de là, les auteurs de l’étude ont testé un jet d’eau teint qui se rapprochait de l’écoulement de l’urine humaine sur cinq urinoirs différents – un design nord-américain standard, un modèle de «La Fontaine» de Duchamp, et trois de leur propre fabrication. Enfin, les chercheurs ont absorbé le sol environnant de chaque urinoir avec des serviettes en papier, puis les ont pesés pour comparer leurs éclaboussures.

« Nous avons constaté que lorsqu’un train de jet ou de gouttelettes liquide a un impact sur une surface rigide en dessous d’un certain angle d’impact critique, presque aucune éclaboussure n’est générée », ont écrit les chercheurs dans leur étude. «Ainsi, une surface conçue pour toujours croiser le flux d’urine égal à ou plus petit que l’angle critique empêche le dos de la splash.»

Plus précisément, l’éclosion est considérablement réduite chaque fois que l’urine frappe la surface d’un luminaire à un angle de 30 degrés ou moins. En fin de compte, la nouvelle corne d’abondance et les urinoirs de Nautilus ont réussi à réduire les éclaboussures à seulement 1,4% du design commun d’Amérique du Nord. Alors que la corne d’abondance est conçue pour les utilisateurs permanents, Nautilus a été créé pour accueillir les personnes handicapées et les fauteuils roulants.

« L’adoption généralisée des conceptions d’urinoir décrites dans ce travail entraînerait une conservation considérable des ressources humaines, des coûts, des produits chimiques de nettoyage et une consommation d’eau », ont écrit les auteurs, ajoutant que des impacts à grande échelle pourraient également inclure une amélioration de la durabilité, de l’hygiène publique et de l’accessibilité.

Sur la base des estimations prudentes, l’équipe estime que le remplacement de tous les urinoirs publics aux États-Unis par quelque chose comme le Nautilus réduirait l’éclassage de 1 million de litres par jour. « En supposant que 10 fois plus d’eau est nécessaire pour nettoyer un volume particulier d’urine éclaboussée, nous pouvons économiser jusqu’à 10 millions de L d’eau douce utilisée pour le nettoyage par jour », ont-ils expliqué.

Mais alors que les chiens et les coquilles de Nautilus ont aidé à faire en sorte que l’équipe commence à réfléchir à l’amélioration des options d’assainissement du public, les efforts plus importants avaient des débuts d’humble prévisibles.

« L’idée de ce projet est vraiment originaire – enfin, exactement là où vous pensez que c’était le cas », a ajouté Pan. « Lorsque vous étudiez le comportement fluide toute la journée, vous ne pouvez pas vous empêcher de vous interroger sur ces scénarios quotidiens. »

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