Des experts ont construit un extracteur d'eau atmosphérique qui fournit de l'eau douce plus efficacement !

La pénurie d'eau douce est un problème croissant pour l'humanité et les disponibilités actuelles ne suffisent pas à répondre à la demande mondiale en eau potable. On estime que le manque de cette ressource en eau affecte environ 2,8 milliards de personnes pendant au moins un mois par an.

Dans ce contexte, les technologies de récupération de l'eau constituent une alternative prometteuse. Elles tirent parti de l'humidité présente dans l'air atmosphérique et la condensent pour produire de l'eau potable. Cependant, ces processus sont généralement très lents et nécessitent l'apport d'énergie, généralement de l'électricité.

Aujourd'hui, des ingénieurs et des scientifiques d'Arabie saoudite et de Chine ont créé un système qui utilise l'énergie solaire pour extraire de l'air jusqu'à 3 litres d'eau par mètre carré et par jour, de manière purement passive, sans nécessiter d'entretien ni d'opérateurs humains. L'étude a été publiée dans la revue Nature Communications.

« La pénurie d'eau est l'un des plus grands défis auxquels le monde est confronté, et elle est particulièrement importante dans les régions du Moyen-Orient. En fonction des conditions locales, il est nécessaire d'identifier toutes les sources d'eau possibles afin d'obtenir de l'eau douce pour notre usage quotidien », explique Qiaoqiang Gan, de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST).

Une solution innovante

Les systèmes d'extraction solaire de l'eau atmosphérique (SAWE) captent la vapeur d'eau de l'air et la libèrent lorsque le matériau absorbant est saturé et exposé au soleil. Bien qu'ils soient plus avancés que les technologies passives telles que la collecte de brouillard ou de rosée, ils présentent des limites.

Mais leur faible efficacité est due au fait qu'ils ne permettent qu'un seul cycle d'absorption et de libération par jour, ce qui réduit la quantité d'eau obtenue. En outre, leur adoption est limitée par le coût élevé des nanomatériaux, les difficultés liées à la mise à l'échelle des prototypes et la complexité des systèmes, qui sont souvent fragiles ou nécessitent beaucoup d'entretien.

Pour concevoir un système passif, efficace et nécessitant peu d'entretien, l'équipe a mis au point une structure dotée de microcanaux verticaux, appelés ponts de transport de masse. Ces tubes, situés dans un conteneur, contiennent une solution saline liquide, en l'occurrence du chlorure de lithium, qui agit comme un absorbant. En fonction de la température, la zone exposée à l'environnement capte l'eau de l'air et la stocke. Lorsqu'il reçoit la lumière du soleil, l'absorbeur la transforme en chaleur, générant de la vapeur d'eau dans la zone où la température est la plus élevée.

La vapeur d'eau se condense sur les parois de la chambre, générant de l'eau fraîche qui est capturée dans un récipient et transférée en continu vers la zone à haute température. Dans le même temps, le liquide concentré dans la zone à haute température retourne dans la zone à température ambiante par diffusion et convection, ce qui garantit un captage constant de la vapeur tant qu'il y a de la lumière solaire.

L'équipe a utilisé un absorbeur solaire composé de nanotubes de carbone oxydés sur une membrane en fibre de verre. Ces nanotubes, grâce à leur couleur noire et à leurs microstructures captant la lumière, ont absorbé 96 % du rayonnement solaire lorsqu'ils étaient mouillés.

Réussite de l'examen

Lors d'essais de huit jours, avec des cycles de huit heures de lumière et de 16 heures d'obscurité, ils ont constaté que l'augmentation de l'humidité relative de 60 à 90 % faisait passer la production d'eau de 0,04 à 0,65 kg par mètre carré et par heure.

Lors d'un test réel sur le terrain en Arabie Saoudite, la surface d'évaporation a été augmentée à 13,5 cm par 24 cm, soit 36 fois plus que le prototype. Cette configuration a produit 2,9 mm par jour, variant en fonction de l'énergie solaire reçue et de l'humidité relative.

C'est quatre fois plus qu'un projet d'eau atmosphérique en 2021 et 27 fois plus qu'un projet SAWE en 2017.

Lors d'un test effectué en Papouasie-Nouvelle-Guinée, ce chiffre est passé à 4,6 litres par mètre carré et par jour. « Il est remarquable que l'eau récoltée ait été utilisée avec succès pour l'irrigation hors réseau de Brassica rapa (chou chinois) », a déclaré Qiaoqiang Gan, coauteur de l'étude, de l'université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite, “ce qui démontre le potentiel de l'horticulture sans entretien dans les régions qui n'ont pas accès à des sources d'eau liquide”.

Référence de l'article :

Yang, K., Pan, T., Ferhat, N. et al. A solar-driven atmospheric water extractor for off-grid freshwater generation and irrigation. Nat Commun 15, 6260 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50715-0