Des chercheurs de l’ETH Zurich ont développé un condensateur pour les pays en pénurie d’eau. Pour la première fois, l’eau peut être extraite de l’air sans énergie tout au long de la journée. Ceci est possible grâce à une surface auto-refroidissante et un écran spécial de radioprotection.
L’eau douce est rare dans de nombreuses régions du monde et doit y être extraite à grands frais. L’eau de mer peut être dessalée près de la mer, ce qui nécessite beaucoup d’énergie. Plus loin de la côte, il n’y a pratiquement que la condensation de l’humidité par refroidissement, soit également avec une dépense d’énergie élevée, soit en tant que «technologie passive» à l’aide des différences de chaleur jour-nuit. Avec les technologies passives précédentes telles que les feuilles de collecte de rosée, cependant, l’eau ne peut être obtenue que la nuit. Car les films sont réchauffés par le soleil pendant la journée, ce qui rend la condensation impossible.
Auto-refroidissement et protection contre les rayonnements
Des chercheurs de l’ETH Zurich ont maintenant développé une technologie avec laquelle ils peuvent pour la première fois obtenir de l’eau 24 heures sur 24 sans avoir besoin d’énergie, même sous le soleil éclatant. Le nouvel appareil se compose essentiellement d’une vitre en verre spécialement revêtue, qui d’une part réfléchit le rayonnement solaire et d’autre part rayonne sa propre chaleur. Il se refroidit jusqu’à 15 degrés Celsius en dessous de la température ambiante. Sur la face inférieure de ce disque, la vapeur d’eau de l’air se condense pour former de l’eau. Le processus est le même que celui que l’on peut observer dans les vitres mal isolantes en hiver.
Les scientifiques ont enduit la vitre utilisée d’un polymère et d’argent. Ce revêtement spécial signifie que la vitre émet une certaine gamme de longueurs d’onde infrarouges. Le rayonnement dans cette zone n’est pas absorbé par l’atmosphère et n’est pas réfléchi sur la vitre par les composants moléculaires de l’air. Un autre élément essentiel du système est un nouveau bouclier conique de protection contre les rayonnements. Cela protège en grande partie le rayonnement thermique de l’air ainsi que le rayonnement solaire sur la vitre, mais permet en même temps le rayonnement thermique mentionné et donc le refroidissement.
Schéma du condensateur. (Source : Haechler I et al. Science Advances 2021, édité)
Proche de l’optimum théorique
Les tests du nouvel appareil en conditions réelles sur le toit d’un bâtiment de l’ETH à Zurich ont montré que la nouvelle technologie peut produire au moins deux fois plus d’eau par zone et par jour que les meilleures technologies passives précédentes qui fonctionnent avec des foils : la petite Pilot usine avec un diamètre de disque de 10 centimètres a fourni 4,6 millilitres d’eau par jour dans des conditions réelles. De plus grands systèmes fourniraient plus d’eau en fonction de leur plus grande superficie. Dans des conditions idéales, jusqu’à 0,53 décilitre d’eau peut être extrait par mètre carré de surface de vitre et par heure, comme les scientifiques ont pu le montrer. « Ceci est proche de la valeur maximale théorique de 0,6 décilitre par heure, qui ne peut être dépassée pour des raisons physiques », précise Iwan Hächler. Il est doctorant dans le groupe de Dimos Poulikakos, professeur de thermodynamique à l’ETH Zurich.
Avec d’autres technologies, l’eau condensée doit généralement être extraite d’une surface, ce qui nécessite de l’énergie. Sinon, une partie importante de l’eau condensée collerait à la surface, ne pourrait pas être utilisée et empêcherait une condensation supplémentaire. Les chercheurs de l’ETH ont doté la face inférieure du disque de leur condensateur à eau d’un revêtement superhydrophobe (extrêmement hydrofuge). Cela fait que l’eau condensée roule d’elle-même sur la surface. « Contrairement à d’autres technologies, nous pouvons vraiment nous débrouiller sans énergie supplémentaire, ce qui est un avantage décisif », explique Iwan Hächler.
L’objectif des chercheurs était de développer une technologie pour les pays en pénurie d’eau et notamment pour les pays en développement et émergents. D’autres scientifiques auraient désormais également la possibilité de développer davantage cette technologie ou de la combiner avec d’autres méthodes telles que le dessalement de l’eau afin d’augmenter son rendement, comme le disent les chercheurs de l’ETH.
Les vitres revêtues sont relativement faciles à fabriquer. La fabrication de condensateurs à eau plus gros que l’usine pilote actuelle est envisageable. Semblable à la façon dont plusieurs modules sont construits les uns à côté des autres avec des cellules solaires, plusieurs condensateurs à eau pourraient être placés les uns à côté des autres pour former un système plus grand.
