Condenseur pilote sur le toit d’un bâtiment de l’ETH Zurich.
Photo: ETH Zurich/ Iwan Hächler

Collecter de l’eau potable à partir de l’humidité de l’air, 24 heures sur 24

Des chercheurs de l’ETH Zurich ont mis au point un condenseur à l’intention des pays qui manquent d’eau. C’est le premier système capable d’extraire de l’eau de l’atmosphère sans apport d’énergie, et ce 24 heures sur 24. Il lui suffit d’une surface auto-refroidissante et d’un écran anti-rayonnement spécial.

De nombreuses parties du monde manquent d’eau douce dont la production est très coûteuse. Les communautés proches de l’océan peuvent bien sûr dessaler l’eau de mer, mais cela nécessite une grande quantité d’énergie. Plus loin de la côte, la seule solution qui reste consiste souvent à condenser l’humidité atmosphérique par refroidissement, soit par des processus qui entraînent, eux aussi, une forte consommation d’énergie, soit en ayant recours à des technologies « passives » qui exploitent les variations de température entre le jour et la nuit. Toutefois, avec les technologies passives actuelles, telles que celle qui fonctionne sur le principe de feuilles métalliques collectant la rosée, l’eau ne peut être recueillie que la nuit. Cela tient au fait que le soleil chauffe les feuilles de métal pendant la journée, ce qui rend la condensation impossible.

Auto-refroidissement et protection contre le rayonnement solaire 

Des chercheurs de l’ETH Zurich, en Suisse, viennent de mettre au point une technologie qui, pour la première fois, permet de collecter de l’eau 24 heures sur 24, sans apport d’énergie, même sous un soleil de plomb. Le nouveau dispositif comprend essentiellement un panneau de verre spécialement enduit qui, à la fois, réfléchit le rayonnement solaire et renvoie sa propre chaleur dans l’espace, à travers l’atmosphère. Il se refroidit ainsi jusqu’à faire 15 degrés de moins que la température ambiante. Sur la face inférieure de ce panneau, la vapeur d’eau contenue dans l’air se condense en eau. Ce processus est le même que celui qu’on peut observer sur des fenêtres mal isolées en hiver.  

Les chercheurs ont enduit le verre de couches de polymère et d’argent spécialement conçues. Grâce à ce revêtement spécial, le panneau émet un rayonnement infrarouge – dans une fenêtre de longueurs d’onde donnée – vers l’espace, sans absorption par l’atmosphère ni réflexion sur le panneau. 

Ce dispositif comporte également un autre élément clé : un nouvel écran anti-rayonnement en forme de cône. Il dévie en grande partie le rayonnement thermique venant de l’atmosphère et protège le panneau du rayonnement solaire entrant, tout en permettant au dispositif de renvoyer la chaleur vers l’extérieur et ainsi de s’auto-refroidir, de manière entièrement passive.

Proche de l’optimum théorique 

Comme l’ont montré les tests réalisés sur ce nouveau dispositif dans des conditions réelles sur le toit d’un bâtiment de l’ETH, à Zurich, cette nouvelle technologie peut produire au moins deux fois plus d’eau par unité de surface et par jour que les meilleures technologies passives actuelles basées sur des feuilles métalliques : le petit système pilote comportant un panneau de verre de dix centimètres de diamètre a fourni 4,6 millilitres d’eau par jour dans des conditions réelles de fonctionnement. Des systèmes à plus grande échelle, pourvus de panneaux plus grands, produiraient par conséquent plus d’eau. Les chercheurs ont pu montrer que, dans des conditions idéales, ils pouvaient collecter jusqu’à 0,53 décilitre par mètre carré de panneau de verre et par heure. « C’est proche de la valeur maximale théorique de 0,6 décilitre par heure qu’il est matériellement impossible de dépasser, » déclare Iwan Hächler, doctorant dans le groupe de Dimos Poulikakos, professeur de thermodynamique à l’ETH Zurich.

D’autres technologies exigent généralement que l’eau condensée soit essuyée d’une surface, ce qui nécessite de l’énergie. Sans cette étape, une partie considérable de l’eau condensée resterait accrochée à la surface et serait inutilisable tout en entravant la poursuite du processus de condensation. 

Dans leur condenseur d’eau, les chercheurs de l’ETH Zurich ont appliqué un nouvel enduit superhydrophobe (extrêmement hydrofuge) sur la face inférieure du panneau de verre. Ainsi, l’eau condensée perle, coule ou se décroche d’elle-même. « Contrairement à d’autres technologies, la nôtre peut vraiment fonctionner sans apport d’énergie, ce qui est un avantage clé », déclare Iwan Hächler.

L’objectif des chercheurs était de mettre au point une technologie à l’intention des pays qui manquent d’eau et, notamment, des pays en développement et des pays émergents. Dorénavant, disent-ils, d’autres chercheurs peuvent approfondir le développement de cette technologie ou l’associer à d’autres méthodes, telles que le dessalement de l’eau, pour augmenter leur rendement. 

La production des panneaux de verre enduits est relativement simple et la fabrication de condenseurs d’eau plus grands que le système pilote actuel devrait être possible. De même que les cellules photovoltaïques comportent plusieurs modules placés les uns à côté des autres, plusieurs condenseurs d’eau pourraient être placés côte à côte pour constituer un système à grande échelle.

(ETH/wi)

Référence

Haechler I, Park H, Schnoering G, Gulich T, Rohner M, Tripathy A, Milionis A, Schutzius TM, Poulikakos D: Exploiting radiative cooling for uninterrupted 24-​hour water harvesting from the atmosphere. Science Advances, 23 juin 2021, doi: 10.1126/sciadv.abf3978

 

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