Depuis des années, les chercheurs essaient de trouver des moyens de récupérer l’humidité de l’air dans le désert.
Photo: ©Shutterstock

De nouveaux matériaux améliorent la récupération de l’humidité de l’air dans le désert

Dans certaines régions, il est de plus en plus difficile d’avoir accès à de l’eau potable. Une équipe internationale de chercheurs s’efforce d’optimiser des structures organométalliques à l’échelle de l’atome, avec lesquelles ils pourraient « récolter » l’eau contenue dans l’air du désert.

Des chercheurs et des ingénieurs essaient de trouver des moyens de récupérer l’humidité de l’air du désert. Des matériaux organométalliques poreux jouent un rôle essentiel dans ce contexte. Leurs cavités sont spécialement bien adaptées à la récupération des molécules d’air contenues dans l’air. Une équipe germano-américaine de chercheurs a analysé les processus de chimie moléculaire impliqués dans la récupération de l’eau et ont optimisé les substances concernées.

Les résultats de l’étude, à laquelle ont également participé le professeur Joachim Sauer, de l’université Humboldt de Berlin/Allemagne, et la professeure Laura Gagliardi, lauréate du prix de la recherche Humboldt, ont été publiés dans la revue spécialisée Science en octobre dernier.

Récupérer l’eau contenue dans l’air du désert 


Dans les structures organométalliques (metal-organic frameworks – MOF), des métaux et des substances organiques constituent une structure poreuse comportant un nombre particulièrement important de minuscules cavités ayant une grande surface interne. Certaines MOF ont été construites de manière à leur permettre de particulièrement bien retenir les molécules d’eau – même avec un taux d’humidité de seulement 20 pour cent, ce qui est courant dans les déserts. La chaleur solaire expulse ensuite l’eau « récoltée » dans les MOF. 

Il est ainsi possible d’obtenir de l’eau potable sans apport d’énergie supplémentaire. C’est pourquoi beaucoup considèrent que les MOF ont un potentiel considérable pour l’alimentation en eau de ceux qui vivent dans des zones arides. Toutefois, jusque-là, on ne savait pas très bien pourquoi et comment les molécules d’eau étaient retenues dans les MOF. 

Piégeage des molécules d’eau


Par conséquent, en s’appuyant sur la cristallographie aux rayons X et des calculs de chimie quantique, l’équipe de chercheurs a pu observer l’intérieur des cavités des MOF et analyser, à l’échelle de l’atome, comment, précisément, les molécules d’eau contenues dans l’air sont piégées dans la structure organométallique et s’y accumulent. L’équipe a constaté qu’alors que les premières molécules d’eau se lient aux substances organiques des MOF, les autres molécules d’eau interagissent bien plus effectivement avec les molécules d’eau déjà présentes. À l’intérieur des cavités, elles forment tout d’abord des chaines, puis des grappes et enfin un réseau de grappes. Il est également important que les premières molécules d’eau n’adhèrent pas trop vite aux MOF, car sinon, il n’est pas possible de bien extraire l’eau du matériau.  

Partant de ces constats et avec l’aide d’expériences et de modèles informatiques, les chercheurs ont élaboré des MOF permettant aux molécules de constituer des grappes sans adhérer trop vite aux substances organiques. 

« Jusqu’à maintenant, l’élaboration de matériaux s’est appuyée sur le principe du tâtonnement. Maintenant que nous savons comment fonctionne l’évolution moléculaire des structures d’eau dans les matériaux organométalliques, nous pouvons nous concentrer sur leur optimisation à l’échelle de l’atome, » déclare le professeur Joachim Sauer, co-auteur de l’étude et chimiste à l’université Humboldt, à Berlin. 

Comme les molécules d’eau se comportent différemment en fonction de la température et du taux d’humidité de l’air extérieur, les connaissances tirées de l’étude peuvent contribuer à élaborer des MOF optimisées pour certaines conditions environnementales et qui pourraient même fonctionner dans des régions plus froides.

(Humboldt University/wi)

Référence :
N. Hanikel, X. Pei, S. Chheda, H. Lyu, W. Jeong, J. Sauer, L. Gagliardi, O. M. Yaghi
Evolution of water structures in metal-organic frameworks for improved atmospheric water harvesting, Science, octobre 2021. DOI: 10.1126/science.abj0890

Commentaires sur les nouvelles

Ajoutez un commentaire

×

Le nom est requis!

Enter valid name

Une adresse e-mail valide est requise!

Enter valid email address

Un commentaire est requis!

Captcha Code Can't read the image? Click here to refresh

Captcha is required!

Code does not match!

* Ces champs sont obligatoires.

Soyez le premier à faire un commentaire
Cookie settings