À défaut de pouvoir faire tomber la pluie dans les zones arides, des chercheurs proposent d’extraire l’humidité de l’atmosphère pour la transformer en eau potable. © Bulat, Fotolia

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Des surfaces biomimétiques extraient de l’eau potable de l’air du désert

ActualitéClassé sous :physique , Eau , air

Lorsqu'il s'agit d'efficacité, la nature est souvent bonne conseillère. Et c'est une fois de plus ce que démontrent aujourd'hui des chercheurs américains. Ils se sont inspirés de scarabées, de cactus et d'herbes pour imaginer des surfaces biomimétiques, capables d'extraire de l'eau potable de l'air du désert.

Dans certaines régions plus que dans d'autres, l'approvisionnement en eau pose problème. Dans le désert d’Atacama (Chili), par exemple, de grands filets capturent l'eau du brouillard et la collectent dans des réservoirs afin qu'elle puisse servir aux agriculteurs et aux habitants. Mais la méthode pourrait ne pas être la plus efficace.

« La question est critique. Nous nous sommes demandé comment nous pourrions récupérer l'eau contenue dans l'air ambiant de manière plus efficace. Et nous avons observé ces choses dans la nature qui le font déjà très bien : le cactus, le scarabée ou encore les herbes du désert », racontent des chercheurs de l'université de l’Ohio (États-Unis).

Ainsi, la nature a doté les scarabées vivant dans le désert d'une carapace particulière qui leur permet de s'hydrater. Cette carapace présente à la fois des bosses hydrophiles -- qui attirent l'eau, donc -- et des creux hydrophobes -- qui repoussent l'eau. Lorsque le brouillard se lève, il va former des gouttelettes sur les bosses. Celles-ci vont ensuite couler par les creux jusqu'à la bouche du scarabée. Les herbes et les cactus, quant à eux, captent l'eau par leurs extrémités et l'acheminent ensuite jusqu'à leurs racines par des systèmes de canaux ou grâce à leurs épines.

Le scarabée du désert et sa carapace bosselée. © mg photo, Fotolia

Le biomimétisme pour plus d’efficacité

Ces observations ont permis aux chercheurs de déterminer quelles formes et quelles surfaces peuvent être les plus efficaces pour capter et extraire de l'eau potable de l'air du désert. Les formes coniques, plus que les formes cylindriques, comme le montre le modèle du cactus. La physique l'explique par ce que les spécialistes appellent un « gradient de pression de Laplace » qui s'exerce le long du cône.

Par ailleurs, ce sont les surfaces rainurées qui permettent de mieux transporter l'eau, comme dans l'exemple des herbes du désert. Elles ont recueilli deux fois plus d'eau que les surfaces non rainurées. Les surfaces hydrophiles se sont aussi montrées capables de recueillir plus d'eau que les surfaces hydrophobes. Et l'efficacité est encore augmentée lorsque les cônes sont placés à des distances de un à deux millimètres les uns des autres, permettant aux gouttelettes de s'agglomérer.

Utiliser des technologies bio-inspirées pour fournir une eau propre au monde entier

Pour l'heure, les travaux des équipes de l'université de l'Ohio se limitent au laboratoire. Mais les chercheurs comptent prochainement développer des structures plus importantes. Des structures qui devraient être installées dans le désert afin d'y recueillir l'eau du brouillard ou de la condensation. Les chercheurs estiment que ces structures -- qu'elles soient individuelles ou collectives -- pourraient avantageusement compléter les systèmes de fourniture publics et les puits. « En utilisant des technologies bio-inspirées, nous pouvons aider à relever le défi de fournir une eau propre aux populations du monde entier, de la manière la plus efficace possible », conclut Bharat Bhushan, professeur à l'université de l'Ohio.

  • Les scarabées du désert captent l’eau présente dans l’air grâce à la structure particulière de leur carapace.
  • Les cactus utilisent leurs épines coniques pour prélever l’eau du brouillard.
  • Et les herbes du dessert la font couler le long de rainures.
  • Trois stratégies dont se sont inspirés des chercheurs pour imaginer des surfaces biomimétiques, capables d’extraire de l’eau potable de l’air du désert.
Pour en savoir plus

L’air du désert transformé en eau potable

Réussir à capter l'eau que porte l'air pourrait être une bonne solution pour remédier aux problèmes des personnes qui vivent dans les zones les plus arides de la planète. Encore faut-il proposer un système efficace et bon marché. Une équipe américaine semble en bonne voie.

Article de Nathalie Mayer paru le 12/06/2018

En 2017, une équipe de l'université de Berkeley (États-Unis) avait annoncé la mise au point d'une technologie capable d'extraire de l'eau potable de l'air, même lorsque le taux d’humidité de celui-ci est bas. Aujourd'hui, elle présente les résultats concluants d'une expérimentation menée dans le désert de l'Arizona (États-Unis).

Au cœur du système, un réseau organométallique (MOF), un matériau nanoporeux cristallin constitué d'ions métalliques reliés par des groupes organiques. Un MOF de la taille d'un morceau de sucre peut ainsi comporter suffisamment de pores pour présenter une surface interne de quelque six terrains de football. De quoi absorber facilement gaz et liquides, et les libérer tout aussi facilement une fois chauffé.

Les tests ont été réalisés en Arizona (États-Unis). Là, l’humidité frôle les 40 % la nuit et tombe à seulement 8 % le jour. Les prochains tests sont prévus au cœur de la Death Valley (Californie, États-Unis) où les températures dépassent les 40 °C le jour et ne descendent pas en dessous des 20 °C la nuit. Mais surtout, où l’humidité stagne aux alentours des 25 % la nuit. Cette photo a été prise sur le toit de l'université de Berkeley. © Stephen McNally, Université de Berkeley

Plus efficace et moins cher grâce à l’aluminium

Le système de l'équipe de Berkeley prend la forme d'un cube transparent. La nuit, il est ouvert pour que le MOF capte l'humidité ambiante. Le jour, il est fermé pour faire office de serre. Le MOF ainsi chauffé rend l'eau condensée dans un réceptacle. Selon les résultats du test, chaque kilogramme du MOF à base de zirconium de l'équipe américaine serait capable de capter jusqu'à 200 millilitres d'eau. Mais le zirconium coûte cher.

Alors, Omar Yaghi, professeur en chimie à l'université de Berkeley, a déjà créé un nouveau MOF à base cette fois d'aluminium. Un MOF, quelque 150 fois moins cher et qui, en laboratoire, ne capte pas moins de deux fois plus d'eau que son prédécesseur. Des tests grandeur nature sont prévus pour la fin de l'été.

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