La technologie polymère solaire réduit de moitié les coûts de désalinisation

Une grande partie du monde moderne dépend d’infrastructures souvent oubliées comme les routes, les ports, les lignes électriques, etc.

Une autre infrastructure cruciale est l’eau, de la collecte à la purification et au traitement des eaux usées. L’accès à de l’eau propre n’est pas seulement important pour la vie quotidienne et le contrôle de la pollution ; c’est également une ressource vitale pour la fabrication, les centres de données, etc.

Malheureusement, la grande majorité de l’eau sur Terre est enfermée dans les océans ou les glaciers de l’Arctique et de l’Antarctique, laissant moins de 1 % disponible comme eau douce exploitable.

Source: OpenEdu

C’est pourquoi des méthodes de désalinisation efficaces qui ne dépendent pas de procédés coûteux et énergivores pourraient constituer une innovation majeure. Elles pourraient non seulement aider les régions arides qui dépendent actuellement de ces méthodes de désalinisation onéreuses, mais aussi produire de l’eau douce sur n’importe quel littoral de la Terre, où 80 % de la population mondiale vit déjà.

The cumulative contracted desalination capacity has now surpassed 100 millions m³/j, et près de 60 % de la désalinisation est destinée à la consommation humaine, with already 21 000 usines de désalinisation d’eau de mer dans le monde

Rendre ces stations plus efficaces réduirait également la consommation d’énergie et aiderait à diminuer les émissions de carbone, une étape importante puisque le réchauffement climatique est lui-même un facteur de désertification et de pénurie d’eau qui rend la désalinisation encore plus nécessaire.

Des chercheurs chinois de l’Académie des Sciences de Pékin ont développé un nouveau polymère doté d’une architecture photothermique tridimensionnelle (3D) accélérant l’évaporation, rendant la désalinisation solaire beaucoup plus efficace, réduisant la consommation d’énergie de l’évaporation de 45,7 %. They published their findings in Advanced Materials¹, under the title “Des nano-architectures photothermiques 3D stabilisées et entrelacées permettent une désalinisation solaire distribuée”.

Désalinisation alimentée par le soleil

Il existe de nombreuses façons d’éliminer le sel de l’eau de mer pour la transformer en eau douce potable. Actuellement, la méthode de désalinisation à grande échelle la plus courante utilise l’osmose inverse, où des pompes à haute pression forcent l’eau à travers des membranes spécialisées à pores microscopiques, séparant l’eau pure des sels dissous.

Le problème est que ce processus est assez énergivore et nécessite des membranes artificielles coûteuses pour fonctionner.

Une alternative est les méthodes thermiques, qui tirent parti du fait que lorsque l’eau s’évapore, le sel reste, le vapeur étant de l’eau douce pure. Cependant, cela reste également un processus énergivore.

La plupart des zones arides sont des déserts caractérisés par un ensoleillement intense, ce qui fait du soleil la source logique à utiliser pour la désalinisation.

C’est pourquoi tout matériau qui peut aider l’évaporation à se produire avec moins d’énergie peut radicalement changer l’économie de la désalinisation. Par exemple, nous avons précédemment couvert comment l’hydrogel peut aider les photons à créer l’évaporation indépendamment de la chaleur ou comment un processus de concentration ionique peut être utilisé pour créer une unité de désalinisation portable qui pesait moins de 10 kilogrammes.

Ce qui distingue le nouveau polymère développé par les chercheurs chinois, c’est qu’il combine durabilité, facilité de fabrication et tests en conditions réelles qui ont démontré sa viabilité économique en produisant de l’eau douce moins chère que l’eau en bouteille et capable de faire pousser des cultures.

Désalinisation alimentée par le soleil grâce aux polymères

Maximiser l’exposition au soleil

En théorie, utiliser le soleil pour la désalinisation est le processus le plus simple, car il utilise la chaleur du Soleil pour évaporer l’eau. En pratique, le taux d’évaporation peut dépendre de nombreuses variables telles que la chaleur ambiante, la surface, l’humidité relative de l’air, le mouvement de l’air, la pression et la température de l’eau.

« L’évaporation alimentée par le soleil est une approche prometteuse, mais son déploiement pratique est souvent entravé par la difficulté d’intégrer de manière synergique performance, robustesse et viabilité économique »

La façon dont l’eau est exposée à l’air et aux rayons du soleil peut radicalement modifier la vitesse d’évaporation et l’énergie requise. Dans cet esprit, les chercheurs ont développé un polymère avec des structures creuses uniques reliées entre elles qui maximisent l’évaporation.

Source: Advanced Materials

« La structure contient des chaînes polymères étroitement liées avec des structures à coque creuse qui offrent une évaporation record, 8,5 fois supérieure aux taux précédemment rapportés pour cette technologie. »

Cette structure maximise la capture du soleil, réduisant l’énergie requise pour l’évaporation. Au total, la consommation d’énergie de l’évaporation a été drastiquement réduite lorsque l’absorption du soleil était proche du maximum théorique.

« Cette structure présente une absorption solaire à large bande de 90,2 % et réduit la consommation d’énergie de l’évaporation de 45,7 % »,

Capteurs solaires polymères optimaux

Le matériau utilisé était Ta₂O₅/C (tantalum pentoxyde-carbone), capable à la fois d’absorber la lumière du soleil et de former de fortes liaisons moléculaires polymères. Son fonctionnement repose sur le fait que les chaînes polymères polyester pénètrent précisément la structure poreuse des nanosphères, créant une « morphologie de nanoforêt ».

Source: Advanced Materials

Les chercheurs ont testé plusieurs longueurs de tubes capillaires pour observer celle qui serait la meilleure pour déclencher l’évaporation. Ils ont constaté qu’avec la structure creuse ajoutée, les capillaires PET atteignaient presque l’efficacité maximale avec seulement 15 centimètres de longueur.

Source: Advanced Materials

Durabilité et applications commerciales

Après 30 jours dans l’eau de mer, le matériau était toujours intact, ni affecté par le sel ni par le soleil, sans aucun dommage détectable même sous microscope électronique. De plus, aucun radical libre actif n’a été détecté lorsque le matériau était exposé à la lumière, ce qui suggère une durabilité et une fiabilité potentiellement bonnes sur le long terme, les radicaux étant un facteur clé de la dégradation des plastiques sous l’effet du soleil.

Les chercheurs estiment que le matériau pourrait durer des années dans des conditions réelles et conserver ses performances, une condition préalable à toute application à grande échelle.

Ils ont également testé le potentiel de production de masse, avec un réacteur hydrothermal de laboratoire de 20 litres et un four à tunnel multi-zone produisant 100 g du matériau, et la méthode est facile à appliquer pour des lots bien plus importants de plusieurs dizaines de kilogrammes au minimum.

Une analyse complète du coût du cycle de vie indique qu’après deux ans d’exploitation, le coût de production d’eau sera inférieur à celui de l’eau en bouteille disponible dans le commerce, démontrant une compétitivité économique significative, du moins pour l’eau potable dans toute zone ayant accès à la mer.

Source: Advanced Materials

Test des prototypes

Les chercheurs ont utilisé leur matériau dans un dispositif de désalinisation solaire à condensation active de 0,75 m². Il a produit plus de 20 litres (5,2 gallons) d’eau douce sous la lumière naturelle du soleil, avec une qualité conforme aux normes de boisson de l’OMS.

Cette production est suffisante pour répondre aux besoins quotidiens de boisson d’environ dix personnes, en n’utilisant que le soleil et l’eau de mer.

Source: Advanced Materials

La même eau a également été testée pour favoriser la croissance de diverses cultures pendant une saison complète, à l’aide d’une parcelle de démonstration de 5 m². Ils ont cultivé des épinards, du maïs et du chou chinois, illustrant comment ce système pourrait aider à faire pousser des cultures dans les régions arides.

Source: Advanced Materials

Avenir de la désalinisation

Des tests supplémentaires avec ce nouveau matériau pourraient être réalisés pour optimiser davantage la production. Par exemple, des ensembles simples de miroirs pourraient aider à réchauffer l’eau et à augmenter l’évaporation à un taux encore plus élevé, tout en coûtant très peu en matériaux supplémentaires ou en complexité d’installation.

De même, des machines supplémentaires comme des ventilateurs ou d’autres systèmes d’appui tels que l’ajout de pression ou la réduction de l’humidité, tous alimentés par des panneaux photovoltaïques, pourraient également contribuer à augmenter davantage la productivité.

Dans l’ensemble, il est probable qu’un mélange de matériaux avancés augmentant l’efficacité et de conceptions suffisamment simples pour être mises à l’échelle économiquement dominera les solutions de désalinisation.

Et les entreprises spécialisées dans la gestion de l’eau douce et des usines de désalinisation adopteront progressivement ces nouvelles conceptions et mettront à jour leurs infrastructures en conséquence.

Investir dans les infrastructures hydrauliques

Consolidated Water

Consolidated Water (CWCO ) est un fournisseur important d’eau douce pour les Caraïbes et les États‑Unis. Sa spécialité sont les usines de désalinisation d’eau, avec un accent sur les zones où l’approvisionnement en eau douce est limité.

Elle possède au total 11 usines en exploitation, générant 27,3 millions de gallons d’eau douce quotidiennement, ainsi que 97 usines de traitement de l’eau. Un contrat clé de l’entreprise se situe aux îles Caïmans, où elle détient une licence exclusive d’utilité d’eau pour fournir 6 millions de gallons par jour.

Source: Consolidated Water

L’entreprise a récemment remporté le contrat d’un important projet d’usine à Hawaï, pour concevoir, construire, exploiter et entretenir une nouvelle usine de désalinisation par osmose inverse d’eau de mer à O’ahu. Elle produira 1,7 million de gallons d’eau potable quotidiennement. Ce sera la 24^e usine de désalinisation par osmose inverse d’eau de mer construite par Consolidated Water, et la première aux États‑Unis. Elle générera 148 M$ de revenus au cours des deux premières années, suivis de revenus stables pendant les 24 années suivantes, totalisant 204 M$.

En plus d’exploiter des usines d’eau, l’entreprise est également fabricante d’équipements de traitement de l’eau via AEREX. AEREX a été acquis en 2020 et fait partie de plusieurs acquisitions, offrant à l’entreprise davantage d’échelle et d’expertise dans son créneau (d’autres acquisitions comprenaient Ramey Environmental Compliance -REC, et PERC Water Corporation en Californie).

L’entreprise bénéficie de revenus stables provenant de la production d’eau, et de revenus plus variables provenant des projets de construction occasionnels de grande envergure.

Source: Consolidated Water

L’entreprise a développé son expertise en désalinisation et en résolution des besoins pressants en eau là où aucune solution facile n’existait. L’émergence de nouvelles technologies de désalinisation combinée à l’augmentation des pénuries d’eau devrait aider Consolidated Water à conquérir de nouveaux marchés et à augmenter ses revenus à l’avenir. De plus, un bilan solide devrait faciliter les acquisitions stratégiques et couvrir les dépenses en capital et en R&D pour de nouveaux projets d’usines d’eau.

Dernières nouvelles et développements des actions d’American Water Works (AWK)

Étude référencée

^{1. Dan Yu et al., Des nano-architectures photothermiques 3D stabilisées et entrelacées permettent une désalinisation solaire distribuée. Advanced Materials. 21 juin 2026. https://doi.org/10.1002/adma.73756}