Énergie
Une nouvelle compréhension de l'évaporation pourrait permettre aux photons d'améliorer les processus de dessalement grâce à un « effet photomoléculaire »
Jusqu'à récemment, il existait quelques variables convenues qui pouvaient entraîner/affecter l'évaporation de l'eau – le processus par lequel l'eau passe d'un liquide à un gaz. Cependant, nouveau Une étude les résultats du Massachusetts Institute of Technology (MIT) devraient bouleverser cette situation, en soulignant une nouvelle compréhension de la manière dont les photons simples (la lumière) peuvent jouer un rôle démesuré dans le processus. Dans cette optique, les chercheurs ont découvert que les photons peuvent évaporer l’eau à la fois en présence et en l’absence de chaleur.
Variables préexistantes
Avant d’expliquer pourquoi cette découverte est importante, prenez un moment pour rafraîchir la liste précédente des variables qui jouent un rôle dans l’évaporation.
- Chauffant : La principale cause de l’évaporation est la chaleur. Les molécules d'eau sont toujours en mouvement et, à mesure qu'elles gagnent de l'énergie thermique, leur mouvement augmente. Lorsque l’énergie est suffisante pour vaincre les forces intermoléculaires qui maintiennent les molécules ensemble dans le liquide, elles peuvent s’échapper dans l’air sous forme de vapeur.
- Surface: Le taux d'évaporation dépend également de la surface de l'eau. Une plus grande surface permet à davantage de molécules d’être exposées à l’air, où elles peuvent s’évaporer.
- Humidité: La quantité de vapeur d’eau déjà présente dans l’air affecte l’évaporation. Si l’air est déjà saturé de vapeur d’eau, l’évaporation sera plus lente. En effet, plus l’humidité est élevée, plus le taux d’évaporation est faible en raison de la capacité réduite de l’air à recevoir davantage de molécules d’eau.
- Mouvement de l'air: Le vent ou le mouvement de l'air peuvent emporter la vapeur d'eau au fur et à mesure qu'elle se forme, réduisant ainsi l'humidité juste au-dessus de l'eau et permettant à davantage d'eau de s'évaporer.
- Pression: La pression atmosphérique affecte également l'évaporation. Lorsque la pression atmosphérique est plus basse, l’eau bout à une température plus basse et s’évapore plus rapidement. Une pression atmosphérique élevée peut empêcher l’évaporation.
- Température de l'eau : Outre les sources de chaleur externes, la température de l’eau elle-même est un facteur. L’eau plus chaude s’évapore plus rapidement car ses molécules ont en moyenne plus d’énergie.
Essentiellement, l’eau s’évapore lorsque ses molécules ont suffisamment d’énergie pour se libérer de la phase liquide et devenir de la vapeur d’eau. Ce processus est influencé par la température, l’humidité, la pression, le vent et les caractéristiques physiques du plan d’eau lui-même. Maintenant, nous pouvons mettre l’exposition aux photons sur la liste.
À ne pas confondre
Il est également important de comprendre la distinction entre l’évaporation et les processus suivants.
Vaporisation: Terme général qui inclut l'évaporation mais englobe également l'ébullition, où le liquide se transforme en vapeur à son point d'ébullition dans tout le volume du liquide.
Condensation: Processus inverse d'évaporation impliquant le refroidissement d'un gaz, qui entraîne sa transition vers une phase liquide.
L'évaporation, quant à elle, est un type de vaporisation qui se produit à la surface d'un liquide en dessous de son point d'ébullition.
Comment a-t-il été réalisé ?
Alors, comment les chercheurs du MIT ont-ils découvert que les photons pouvaient être ajoutés à la liste des variables associées aux évaporations ? Les découvertes de l'équipe ont été obtenues grâce à une série d'expériences et de simulations axées sur le comportement d'évaporation de l'eau lorsqu'elle est contenue dans un hydrogel. Ce travail a été entrepris pour la première fois alors que l’équipe cherchait à comprendre et à réaffirmer des expériences antérieures qui avaient donné des résultats dans lesquels les taux d’évaporation de l’eau dépassaient la limite thermique attendue – la quantité maximale d’évaporation possible lorsqu’une quantité donnée de chaleur est appliquée.
Pour reproduire ces résultats, les chercheurs ont utilisé un « simulateur solaire ». Des hydrogels saturés ont été soumis à différentes longueurs d'onde de lumière en l'absence de chaleur. Fait intéressant, les résultats ont montré que, malgré l'absence d'influence de la chaleur, une perte de masse mesurable se produisait au fil du temps, les différences les plus marquées étant observées sous lumière verte. La réponse étant indépendante des effets thermiques, cela a confirmé que c'est la lumière, et non la chaleur, qui était à l'origine de l'évaporation.
Finalement, les chercheurs ont découvert que, contre toute attente, une combinaison d'eau et d'hydrogel permettait d'exploiter l'énergie des photons pour provoquer une évaporation au-delà des limites thermiques connues. Ce processus est désormais appelé « effet photomoléculaire ».
En quoi est-ce important?
Cette découverte de l'effet photomoléculaire pourrait révolutionner plusieurs industries et sciences de l'environnement. Ils peuvent s’étendre aux systèmes de stockage et de récupération des énergies renouvelables, où les taux d’évaporation contrôlés sont essentiels. Par exemple, cela pourrait conduire au développement de nouveaux matériaux ou surfaces conçus pour maximiser l’évaporation de l’eau pour le stockage d’énergie dans les climats secs.
En agriculture, ce principe pourrait être utilisé pour développer des systèmes d’irrigation plus efficaces qui minimisent la perte d’eau en limitant l’exposition à certaines longueurs d’onde, conservant ainsi l’eau tout en soutenant la croissance des plantes.
Dans le domaine de la météorologie, la compréhension de l’effet photomoléculaire pourrait améliorer les modèles de prévision météorologique en fournissant une représentation plus précise de la dynamique du cycle de l’eau.
De plus, les industries pharmaceutique et alimentaire, qui s'appuient souvent sur des processus de séchage précis, pourraient constater des améliorations en termes d'efficacité et de contrôle de l'élimination de l'humidité des produits.
Enfin, dans le domaine de l'urbanisme et du développement d'une architecture durable, cette découverte pourrait inspirer des systèmes de refroidissement innovants qui utilisent l'énergie solaire plus efficacement, réduisant ainsi le recours à la climatisation traditionnelle et contribuant à des conceptions de bâtiments économes en énergie.
Premier à bénéficier des photons
Bien qu'une grande variété d'industries puissent voir l'efficacité de leurs processus améliorée grâce à cette nouvelle compréhension de l'évaporation, les chercheurs à l'origine de cette découverte pensent que l'exemple le plus évident serait celui du dessalement solaire de l'eau salée.
Le dessalement est simplement le processus par lequel le sel et les minéraux sont éliminés de l’eau, la rendant adaptée à la fois à la consommation et à l’irrigation. Avec l’essor des énergies renouvelables, ce processus est de plus en plus alimenté par l’énergie solaire. Voici chacune des entreprises impliquées dans le dessalement solaire, qui pourraient bientôt bénéficier des résultats évoqués ci-dessus.
Eau consolidée (NASDAQ : CWCO) : Basée aux îles Caïmans, Consolidated Water s'est développée depuis sa création en 1973 pour devenir une société multinationale spécialisée dans les usines de dessalement d'eau de mer.
Au moment de la rédaction de cet article, Consolidated Water affichait les paramètres suivants.
Capitalisation boursière : 465,675,764 XNUMX XNUMX $
P/E à terme 1 an : 20.06
Bénéfice par action (BPA) : N/A
Eau Solaire Plc: Cette entreprise basée au Royaume-Uni a développé une technologie de dôme solaire destinée à dessaler l'eau de mer, en ciblant particulièrement les régions à fort rayonnement solaire et aux ressources en eau douce limitées.
Abengoa : Une société multinationale espagnole qui a participé au développement d'usines de dessalement à grande échelle alimentées par l'énergie solaire, en particulier dans des régions comme le Moyen-Orient et l'Afrique du Nord.
Malgré l'ampleur de ses opérations, Abengoa est au bord de la faillite depuis plusieurs années. De nouveaux processus susceptibles d’augmenter considérablement l’efficacité opérationnelle peuvent être essentiels à la survie.
Ces entreprises sont actives dans diverses régions du monde, répondant aux besoins en eau douce des régions arides et des zones ayant un accès limité à l’eau potable – un besoin qui ne fera que croître avec le temps.
Réflexions finales
Si une telle découverte peut paraître banale à première vue, elle ne l’est pas du tout. Non seulement cela montre à quel point notre compréhension est limitée concepts et processus que l'on croyait depuis longtemps maîtrisée, mais elle recèle également un potentiel d'applications généralisées.
Les entreprises innovantes et avant-gardistes s’appuient sur des avancées scientifiques telles que celle-ci pour développer et proposer des solutions tirant parti de nouvelles capacités et efficacités. Désormais, des entreprises comme Consolidated Water, Veolia et Solar Water PLC doivent s’adapter et fonctionner avec.
