Un dispositif spongieux intelligent capture l'eau de l'air

Des ingénieurs australiens et chinois ont inventé un dispositif semblable à une éponge qui capture l'eau de l'air ambiant et la libère ensuite dans une tasse en utilisant l'énergie du soleil, même dans des conditions de faible humidité où d'autres technologies telles que la récupération du brouillard et le refroidissement radiatif ont eu du mal.

Le dispositif eau-air est resté efficace sur une large gamme de niveaux d’humidité (30 à 90 %) et de températures (5 à 55 degrés Celsius).

Le Dr Derek Hao, chercheur principal de l'Université RMIT de Melbourne en Australie, a déclaré que l'invention reposait sur la structure naturellement spongieuse du bois de balsa raffiné, modifiée pour absorber l'eau de l'atmosphère et la libérer à la demande.

Le composite à base de bois développé par l'équipe pour ses recherches s'intègre parfaitement dans une tasse avec un couvercle en forme de dôme et un plateau anti-pollution, un mécanisme de refroidissement et un système d'activation alimenté par le soleil.

« Des milliards de personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau potable et des millions meurent chaque année de maladies d'origine hydrique », lance Derek Hao, scientifique des matériaux et ingénieur environnemental à la School of Science du RMIT.

Derek Hao était l'auteur correspondant de l'étude, qui a été réalisée en collaboration avec cinq institutions de recherche chinoises, dirigées par le Dr Junfeng Hou de l'Université Zhejiang A&F.

« Notre équipe a inventé un dispositif comprenant un échafaudage spongieux en bois, du chlorure de lithium, des nanoparticules d'oxyde de fer, une couche de nanotubes de carbone et d'autres caractéristiques spécialisées », a déclaré Derek Hao.

L'équipe a utilisé l'intelligence artificielle pour prédire et optimiser avec précision les performances de collecte et de décharge de l'eau de l'appareil dans des conditions environnementales variables.

L'invention, réalisée à partir d'un matériau spongieux, développée par des chercheurs australiens et chinois, absorbe l'eau de l'atmosphère et la restitue dans une tasse grâce à l'énergie solaire. Crédit : Shu Shu Zheng, Université RMIT.

Moment décisif

Le matériau spongieux, prototype de laboratoire préliminaire, absorbe l'humidité de l'air lorsque le couvercle du gobelet est ouvert. Lorsque le couvercle est refermé sous la lumière du soleil, l'eau est libérée dans le gobelet.

En laboratoire, le dispositif eau-air a absorbé environ 2 millilitres d'eau par gramme de matériau à 90 % d'humidité relative et a libéré la quasi-totalité de l'eau en 10 heures sous exposition au soleil – un rendement supérieur à la plupart des autres méthodes connues et à moindre coût. Avec neuf cubes d'éponge de 0,8 gramme chacun, 15 millilitres peuvent être absorbés et libérés dans la coupelle.

« Lors de tests en extérieur, notre appareil a capturé 2,5 millilitres d'eau par gramme pendant la nuit et en a libéré la majeure partie pendant la journée, atteignant une efficacité de collecte d'eau quotidienne de 94 % », précise Derek Hau.

« À 30 % d’humidité, notre appareil absorbait de l’eau à raison d’environ 0,6 millilitre par gramme.

« Ces résultats soulignent son utilisation potentielle dans les systèmes de récupération d’eau hors réseau alimentés par l’énergie solaire. »

Avec neuf cubes d'éponge de 0,8 gramme chacun, 15 millilitres d'eau peuvent être absorbés de l'atmosphère. Crédit : Shu Shu Zheng, Université RMIT.

Avantages du design inspiré de la nature

Derek Hao a déclaré que l'utilisation de bois naturel comme matrice réduisait non seulement les coûts, mais assurait également l'intégrité structurelle et améliorait le transport de l'eau grâce à son architecture poreuse.

« Ces caractéristiques permettent de fabriquer le matériau en grandes quantités et de le déployer dans des applications réelles telles que la collecte d’eau dans des régions éloignées ou arides », a-t-il lancé.

« L'appareil a conservé sa flexibilité et sa fonction d'absorption d'eau même après avoir été stocké à -20 degrés Celsius pendant 20 jours, démontrant une excellente résistance au gel.

« Ses performances d’absorption et de libération d’humidité sont restées stables sur 10 cycles consécutifs, avec une baisse d’efficacité inférieure à 12 %. »

Une pince à épiler extrait l'eau du matériau spongieux développé par l'équipe. Crédit : Xingying Zhang

Applications potentielles et évolutivité

Derek Hao souligne que l'appareil serait adapté aux scénarios d'urgence, comme à la suite de catastrophes naturelles où l'approvisionnement en eau a été compromis, si l'équipe peut étendre et optimiser l'innovation modulaire.

« La taille actuelle de l'unité de démonstration est de 15 millimètres cubes. Il serait très facile de préparer une unité plus grande, ou nous pourrions utiliser ces unités pour former un réseau », a ajouté Derek Hao.

Sa capacité à capter l'eau potable de l'atmosphère grâce à la seule lumière du soleil le rend précieux dans les zones sinistrées où les sources d'eau traditionnelles sont compromises. La portabilité du système et son recours aux énergies renouvelables renforcent encore son applicabilité dans de tels contextes.

Pour Derek Hao, le matériel a été conçu dans un souci d'évolutivité et d'accessibilité financière.

« Le composant principal, le bois de balsa, est largement disponible, biodégradable et bon marché, et le processus de fabrication n'est pas complexe, ce qui pourrait permettre une production de masse. ​

« Les performances stables démontrées sur plusieurs cycles et dans diverses conditions environnementales indiquent une longévité et une rentabilité. »

Derek Hao assure que l'équipe était en discussion avec des partenaires industriels potentiels sur la production à l'échelle pilote et le déploiement sur le terrain, en s'intégrant dans des systèmes modulaires de récupération d'eau à partir de l'air.

« Les panneaux solaires combinés au stockage d’énergie thermique pourraient permettre un fonctionnement 24 heures sur 24, en particulier dans les zones où l’ensoleillement est intermittent », a-t-il mis en avant.

Le développement de systèmes de contrôle automatisés utilisant des capteurs de l'Internet des objets pour surveiller l'humidité relative, la température et l'intensité solaire pourrait optimiser davantage les cycles de collecte d'eau, souligne Derek Hao.

« En s'appuyant sur la conception artificiellement intelligente utilisée dans l'étude, des plateformes de conception plus avancées pourraient être développées pour sélectionner de nouvelles combinaisons de matériaux et prédire les performances d'absorption et de libération d'eau à long terme », conclut-il .

https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2025/may/spongy-water-harvester