L’énergie solaire peut faire plus que fournir de l’énergie propre : elle peut produire de l’eau propre dans les régions arides

Dans des pays comme le Canada et le Brésil, l’accès à l’eau douce est rarement une préoccupation. Cependant, la réalité est qu’il existe de nombreuses régions peuplées et arides dans le monde où l’eau douce est un luxe. Heureusement, il existe déjà des solutions en place et en cours de développement pour résoudre ce problème, comme les récupérateurs d'eau atmosphérique (AWH).

Des chercheurs ont récemment mis au point un récupérateur d'eau atmosphérique potentiellement révolutionnaire, exploitant une technologie d'adsorption passive alimentée par l'énergie solaire. Le cœur de cette innovation réside dans l'utilisation de nouveaux « gels poreux superhygroscopiques ». Composés de nitrure de titane, d'hydroxypropylméthylcellulose et de LiCl (THL), ils ont démontré des capacités d'adsorption d'eau exceptionnelles sur une large plage d'humidité (15 % à 90 % HR). Cette combinaison unique de matériaux permettrait une cinétique d'adsorption et de désorption rapide (vitesse de libération d'une substance précédemment adsorbée), améliorant considérablement l'efficacité des récupérateurs d'eau atmosphérique.

Quand vous vous déconnectez, votre profil étude publiée, détaillant la percée susmentionnée, souligne la capacité de l'appareil à atteindre des rendements en eau élevés, même dans des environnements arides, son application pratique ayant déjà été validée par des tests en extérieur à différentes saisons.

Cette technologie AWH, qui présente une approche durable et efficace pour atténuer la pénurie d'eau dans les régions arides, se compare avantageusement aux autres systèmes de collecte d'eau à énergie solaire et, surtout, répond aux normes de l'OMS en matière d'eau potable.

Récupérateurs d'eau atmosphérique

Ainsi, un nouveau gel poreux hygroscopique a été développé qui devrait accroître l’efficience et l’efficacité des AWH utilisés dans le monde. C’est génial, mais comment fonctionnent réellement ces appareils ?

Comme son nom l’indique, un collecteur d’eau atmosphérique (AWH) est un appareil conçu pour extraire l’eau de l’air. Ces dispositifs sont particulièrement utiles dans les régions arides où les sources d'eau conventionnelles sont rares ou contaminées. La technologie derrière les AWH existants varie, mais elle consiste généralement à capturer la vapeur d'eau de l'air et à la condenser en eau liquide.

La conception la plus courante des systèmes AWH est basée sur le principe de condensation, semblable à la formation de la rosée. Cette conception implique généralement :

1. Prise d'air: L'air est aspiré dans le système à l'aide d'un ventilateur.
2. Refroidissement et condensation : L'air humide est ensuite refroidi en dessous de son point de rosée, souvent à l'aide d'un réfrigérateur ou d'un réfrigérateur. Peltier-condenseur refroidi, provoquant la condensation de la vapeur d'eau en gouttelettes.
3. Collecte d'eau : L'eau condensée est collectée dans un réservoir, filtrée et parfois minéralisée pour le goût.
4. Distribution: Enfin, l’eau est soit stockée pour une utilisation ultérieure, soit directement acheminée pour une consommation immédiate.

La taille des systèmes AWH peut varier, allant des petites unités portables adaptées à un usage individuel ou domestique aux grandes installations à l'échelle industrielle. L'efficacité de ces systèmes dépend en grande partie de l'humidité et de la température ambiantes ; des niveaux d’humidité plus élevés entraînent généralement un rendement en eau plus élevé – c’est pourquoi toute amélioration de l’efficacité apportée dans les environnements arides est la bienvenue, comme celle proposée par l’utilisation de nouveaux gels poreux super hygroscopiques.

Grâce à leur capacité à évoluer en taille, les AWH sont couramment utilisés dans divers contextes :

Zones arides et sujettes à la sécheresse : Ils constituent une source essentielle d’eau potable dans les régions où l’eau est rare.

Applications militaires : Les unités AWH portables sont utiles pour fournir de l’eau aux troupes dans des endroits éloignés.

Communautés éloignées et secours d’urgence : Ils offrent une source immédiate d'eau potable dans les communautés éloignées ou lors de catastrophes naturelles lorsque les sources d'eau traditionnelles sont indisponibles ou contaminées.

Agriculture: Certains systèmes AWH sont utilisés pour l’irrigation dans les régions arides.

Les progrès de la technologie AWH impliquant des gels poreux super hygroscopiques et des MOF (Metal-Organic Frameworks) sont sur le point d'améliorer les systèmes traditionnels basés sur la réfrigération, offrant la capacité d'absorber la vapeur d'eau à un coût énergétique bien inférieur. Ces innovations devraient rendre les AWH plus efficaces et réalisables dans un plus large éventail de conditions climatiques.

Approvisionnement en eau douce

La majeure partie de l'eau douce mondiale se trouve dans les glaciers et les calottes glaciaires, représentant environ 69 % des ressources mondiales en eau douce. Ces ressources se situent principalement dans les régions polaires et les zones de haute montagne, comme l'Antarctique, le Groenland et diverses chaînes de montagnes du monde entier. Les sources d'eau douce souterraines constituent les deuxièmes plus grandes réserves, représentant environ 30 % du total. Seule une petite fraction (moins de 1 %) de l'eau douce mondiale est accessible dans les rivières, les lacs et l'atmosphère.

Dans les régions où des collecteurs d’eau atmosphérique (AWH) sont nécessaires, l’eau propre est souvent difficile à trouver pour plusieurs raisons :

Climats arides : De nombreuses régions ayant besoin d’AWH sont arides ou semi-arides avec de faibles précipitations. Cela comprend de vastes étendues d’Afrique, du Moyen-Orient, certaines parties de l’Amérique du Sud, de l’Asie centrale et de l’Australie.

Épuisement et contamination des eaux souterraines : La surexploitation des eaux souterraines pour l’agriculture et la boisson, associée à un réapprovisionnement inadéquat, conduit à l’épuisement. De plus, les eaux souterraines peuvent être contaminées par des polluants naturels et d’origine humaine, ce qui les rend impropres à la consommation.

Manque d'infrastructures : De nombreuses zones isolées ou sous-développées ne disposent pas des infrastructures nécessaires pour collecter, traiter et distribuer l’eau. À cela s’ajoutent souvent des contraintes économiques.

Changement climatique: Les changements climatiques affectent les sources d’eau traditionnelles. Certaines régions connaissent des sécheresses prolongées, tandis que d’autres sont confrontées à la fonte des glaciers, ce qui a un impact sur la disponibilité de l’eau à long terme.

Surpopulation et urbanisation : Dans les zones densément peuplées ou à urbanisation rapide, les approvisionnements en eau existants peuvent être insuffisants pour répondre à la demande. De plus, l’urbanisation entraîne souvent une pollution des sources d’eau disponibles.

Défis politiques et économiques : Dans certains cas, la gestion et la distribution des ressources en eau sont affectées par des enjeux politiques et économiques, conduisant à un accès inégal à l’eau.

Les AWH offrent une alternative en extrayant l'eau de l'air, ce qui peut être une solution viable dans les zones où les autres sources sont inexistantes, insuffisantes ou dangereuses. Cette technologie est particulièrement utile dans les régions où l’air est humide mais où les précipitations sont faibles, ce qui rend les sources d’eau conventionnelles peu fiables.

Solutions actuelles

À l’heure actuelle, il existe plusieurs technologies qui concurrencent ou complètent les collecteurs d’eau atmosphérique (AWH) pour produire de l’eau douce, en particulier dans les zones où la pénurie d’eau constitue un problème important. Cependant, chacun comporte ses propres avantages et défis. Certaines des solutions alternatives les plus notables incluent :

Dessalement: Il s’agit de l’une des méthodes les plus répandues pour produire de l’eau douce à partir d’eau de mer ou d’eau saumâtre. Le dessalement utilise principalement deux technologies: l'osmose inverse, qui filtre l'eau à travers une membrane semi-perméable, et le dessalement thermique, qui consiste à chauffer et évaporer l'eau puis à condenser la vapeur. Les usines de dessalement sont particulièrement courantes dans les régions arides comme le Moyen-Orient. Bien qu’efficaces, les efforts de dessalement sont généralement coûteux et nécessitent une grande quantité d’énergie.

Recyclage et réutilisation de l'eau : Les technologies avancées de traitement de l’eau permettent le recyclage des eaux usées en eau potable. Cela comprend le traitement des eaux usées, des eaux usées industrielles et agricoles. L’eau recyclée peut être utilisée à diverses fins, notamment l’irrigation, les processus industriels et la reconstitution des réserves d’eau douce. Cette approche nécessite généralement de grandes installations et des coûts d’exploitation associés élevés.

Récupération des eaux pluviales: Il s'agit d'une méthode plus simple et plus traditionnelle de collecte et de stockage des eaux de pluie pour une utilisation ultérieure. Les systèmes de récupération des eaux de pluie captent l'eau des toits ou d'autres surfaces et la stockent dans des réservoirs. Bien que moins avancés technologiquement que les chauffe-eau à eau, ils constituent un moyen durable de compléter les réserves d'eau, notamment dans les régions à précipitations saisonnières. Comme cette méthode dépend des précipitations, elle n'est pas aussi fiable que d'autres approches. De plus, rien ne garantit que l'eau collectée ne nécessitera pas de traitement supplémentaire pour être potable.

Récolte du brouillard : Semblables aux AWH, les collecteurs de brouillard collectent l’eau de l’atmosphère. Ils utilisent des filets à larges mailles pour piéger les gouttelettes d'eau présentes dans le brouillard, qui s'accumulent ensuite et s'égouttent dans des réservoirs de collecte. Cette méthode convient aux zones côtières ou montagneuses où le brouillard est fréquent.

Recharge des eaux souterraines : Il s'agit d'injecter les eaux de pluie ou de récupération dans le sol pour reconstituer les aquifères. Les techniques incluent la construction de bassins de recharge, de bassins d'infiltration et l'utilisation de revêtements perméables. C'est une méthode permettant d'assurer un approvisionnement durable en eaux souterraines, source majeure d'eau douce dans de nombreuses régions.

Alambic solaire : Une technologie simple où l'énergie solaire est utilisée pour évaporer l'eau contaminée ou salée, et le condensat est collecté sous forme d'eau distillée. Cette méthode est plus adaptée aux applications à petite échelle et est particulièrement utile dans les zones reculées avec un ensoleillement abondant.

Chacune de ces technologies a ses niches d’application basées sur des considérations géographiques, climatiques et économiques. Dans de nombreux cas, une combinaison de ces technologies est utilisée pour garantir un approvisionnement en eau fiable et durable.