Des chercheurs ont créé un hydrogel superabsorbant capable d’extraire l’humidité de l’air, même dans des conditions désertiques.

Des chercheurs ont créé un hydrogel superabsorbant capable d’extraire l’humidité de l’air en plus grande quantité que les matériaux précédemment étudiés, même dans des conditions désertiques. Ce nouveau matériau ouvre la voie à la création d’une méthode efficace et durable pour répondre à l’importante question de la pénurie d’eau.

L’eau est essentielle à la survie de l’homme, à l’énergie, à la production alimentaire et à la santé des écosystèmes. Dans le même temps, le changement climatique a alourdi le fardeau du maintien de l’approvisionnement mondial en eau et en énergie en raison de l’évolution des conditions environnementales. Selon l’Unicef, près des deux tiers de la population mondiale sont confrontés à une grave pénurie d’eau pendant au moins un mois chaque année.

Dans le cadre de la recherche de matériaux innovants permettant la récupération de l’eau, les hydrogels capables d’absorber l’humidité de l’air – les hydrogels hygroscopiques – ont attiré l’attention des chercheurs. Pour être efficaces et utilisables dans une grande variété de situations environnementales, ces hydrogels doivent être peu coûteux, évolutifs et durables, et offrir un degré élevé d’absorption de la vapeur d’eau.

Les chercheurs du MIT ont mis au point un hydrogel superabsorbant qui remplit toutes ces conditions, même dans des conditions désertiques. La clé de la capacité d’absorption du matériau a consisté à charger l’hydrogel d’un type particulier de sel, le chlorure de lithium.

Après avoir lu d’autres études qui avaient utilisé un mélange d’hydrogels et de sels, les chercheurs ont opté pour le chlorure de lithium, qui est très hygroscopique. Il est capable d’absorber plus de 10 fois sa masse en humidité. Mais il fallait un matériau capable de retenir l’eau que le sel recueillait dans l’air. C’est là qu’intervient l’hydrogel.

« C’est le meilleur des deux mondes », a déclaré Gustav Graeber, auteur principal de l’étude. « L’hydrogel peut stocker beaucoup d’eau et le sel peut capturer beaucoup de vapeur. Il est donc intuitif de vouloir combiner les deux ».

Les chercheurs ont expérimenté en laissant tomber des disques d’hydrogel dans des solutions contenant différentes concentrations de sel de chlorure de lithium. Chaque jour, ils les ont pesés pour déterminer la quantité de sel infusée dans l’hydrogel. Après 30 jours de trempage, les chercheurs ont constaté que l’hydrogel avait absorbé 24 g de sel par gramme de gel. Des recherches antérieures avaient permis d’obtenir une absorption de sel de 6 g, mais l’hydrogel n’était pas resté aussi longtemps dans la solution saline.

L’hydrogel chargé en sel a été testé dans différentes conditions d’humidité. Les chercheurs ont constaté qu’à différents niveaux d’humidité (30 %, 50 % et 70 %), l’hydrogel absorbait l’humidité sans fuir. Même à un taux d’humidité relative de 30 %, inférieur à l’humidité du désert la nuit, les hydrogels ont capturé 1,79 g d’eau par gramme de matériau, soit 15 % de plus que les hydrogels testés précédemment, selon les chercheurs. L’eau a pu être chauffée, condensée et recueillie sous forme d’eau ultrapure.

« Dans un désert, l’humidité relative de la nuit est très faible. Il est donc concevable que ce matériau puisse générer de l’eau dans le désert », a déclaré Carlos Díaz-Marín, l’un des coauteurs de l’étude.

Le prochain défi pour les chercheurs est d’accélérer le processus d’absorption de l’eau.

« La grande surprise inattendue a été de constater qu’avec une approche aussi simple, nous avons pu obtenir l’absorption de vapeur la plus élevée rapportée à ce jour », souligne Gustav Graeber. « Maintenant, nous allons nous concentrer sur la cinétique et sur la rapidité avec laquelle nous pouvons faire absorber de l’eau au matériau. Cela permettra de faire tourner ce matériau très rapidement, de sorte qu’au lieu de récupérer de l’eau une fois par jour, on pourrait en récolter peut-être 24 fois par jour. »

Parce qu’il peut être fabriqué rapidement et à grande échelle, en plus d’être un collecteur d’eau efficace, les chercheurs envisagent d’autres applications pour leur hydrogel salé.

« Nous sommes restés agnostiques en matière d’applications, en ce sens que nous nous concentrons principalement sur les propriétés fondamentales du matériau », ajoute Carlos Díaz-Marín. « Mais aujourd’hui, nous explorons des problèmes très différents, comme l’amélioration de l’efficacité de la climatisation ou la récupération de l’eau. Ce matériau, en raison de son faible coût et de ses performances élevées, a un potentiel énorme. »

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211783

https://news.mit.edu/2023/salty-gel-could-harvest-water-desert-air-0615