L’énergie solaire peut faire plus que fournir de l’énergie propre – elle peut générer de l’eau potable dans les régions arides

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

Dans une percée récente, des chercheurs ont développé un récolteur d’eau atmosphérique potentiellement révolutionnaire utilisant une technologie d’adsorption passive alimentée par l’énergie solaire. Le cœur de cette innovation réside dans l’utilisation de « gels poreux super hygroscopiques » nouvellement développés. Ceux‑ci sont composés de nitrure de titane, d’hydroxypropylméthylcellulose et de LiCl (THL), et ont démontré des capacités d’adsorption d’eau exceptionnelles sur une large gamme d’humidités (15 %–90 % HR). Cette combinaison unique de matériaux permettrait une cinétique d’adsorption et de désorption rapide (la vitesse à laquelle une substance précédemment adsorbée est libérée), améliorant ainsi considérablement l’efficacité lorsqu’elle est utilisée dans les récolteurs d’eau atmosphérique.

L’étude publiée, détaillant la percée susmentionnée, souligne la capacité de l’appareil à obtenir des rendements élevés en eau, même dans des environnements arides, son application pratique ayant déjà été validée par des tests en extérieur à différentes saisons.

Cette technologie AWH, présentant une approche durable et efficace pour atténuer la pénurie d’eau dans les régions arides, se compare favorablement aux autres systèmes de récolte d’eau alimentés par le solaire et, surtout, répond aux normes de l’OMS pour l’eau potable.

Récolteurs d’eau atmosphérique

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

Comme son nom l’indique, un Récolteur d’eau atmosphérique (AWH) est un dispositif conçu pour extraire l’eau de l’air. Ces appareils sont particulièrement précieux dans les régions arides où les sources d’eau conventionnelles sont rares ou contaminées. La technologie des AWH existants varie, mais elle repose généralement sur la capture de la vapeur d’eau de l’air et sa condensation en eau liquide.

Le design le plus courant des systèmes AWH repose sur le principe de condensation, similaire à la formation de la rosée. Ce design implique généralement :

1. Admission 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 condenseur réfrigéré ou refroidi par Peltier, provoquant la condensation de la vapeur d’eau en gouttelettes.
3. Collecte d’eau: L’eau condensée est recueillée 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.

Les systèmes AWH peuvent varier en taille, allant de petites unités portables adaptées à un usage individuel ou domestique à de grandes installations industrielles. L’efficacité de ces systèmes dépend largement de l’humidité et de la température ambiantes ; des niveaux d’humidité plus élevés entraînent généralement un rendement en eau plus important – c’est pourquoi toute amélioration de l’efficacité dans les environnements arides est la bienvenue, comme celle offerte par l’utilisation de nouveaux gels poreux super hygroscopiques.

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

Zones arides et sujettes à la sécheresse: Elles fournissent une source cruciale 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 zones reculées.

Communautés éloignées et secours d’urgence: Elles offrent une source immédiate d’eau potable dans les communautés isolées 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 avancées de la technologie AWH impliquant les gels poreux super hygroscopiques et les MOF (structures métal-organiques) sont prêtes à améliorer les systèmes traditionnels basés sur la réfrigération, offrant la capacité d’absorber la vapeur d’eau à un coût énergétique bien moindre. Ces innovations devraient rendre les AWH plus efficaces et réalisables dans une plus large gamme de conditions climatiques.

Sources d’eau douce

La majeure partie de l’eau douce du monde se trouve dans les glaciers et les calottes glaciaires, représentant environ 69 % des ressources mondiales d’eau douce. Elles sont principalement situées dans les régions polaires et les zones de haute montagne, comme l’Antarctique, le Groenland et diverses chaînes de montagnes à travers le monde. Les deuxièmes plus grands réservoirs d’eau douce sont les eaux souterraines, qui constituent 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 les récolteurs d’eau atmosphérique (AWH) sont nécessaires, l’eau propre est souvent difficile à trouver pour plusieurs raisons :

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

Épuisement et contamination des eaux souterraines: La surexploitation des eaux souterraines pour l’agriculture et la consommation, combinée à un rechargement insuffisant, conduit à leur épuisement. De plus, les eaux souterraines peuvent être contaminées par des polluants naturels et anthropiques, les rendant dangereuses pour la consommation.

Manque d’infrastructures: De nombreuses zones reculées ou sous‑développées manquent d’infrastructures pour collecter, traiter et distribuer l’eau. Cela est souvent aggravé par des contraintes économiques.

Changement climatique: Les changements des schémas climatiques affectent les sources d’eau traditionnelles. Certaines régions connaissent des sécheresses prolongées, tandis que d’autres font face à la fonte des glaciers, ce qui impacte la disponibilité à long terme de l’eau.

Surpopulation et urbanisation: Dans les zones densément peuplées ou en urbanisation rapide, les approvisionnements en eau existants peuvent être insuffisants pour répondre à la demande. De plus, l’urbanisation entraîne souvent la 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, entraînant un accès inégal à l’eau.

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

Solutions actuelles

À l’heure actuelle, plusieurs technologies rivalisent avec ou complètent les Récolteurs d’eau atmosphérique (AWH) pour produire de l’eau douce, notamment dans les zones où la rareté de l’eau est un problème majeur.  Cependant, chacune présente ses propres avantages et défis.  Parmi les solutions alternatives les plus notables, on trouve :

Désalinisation: C’est l’une des méthodes les plus répandues pour produire de l’eau douce à partir d’eau de mer ou d’eau saumâtre. La désalinisation utilise principalement deux technologies : l’osmose inverse, qui filtre l’eau à travers une membrane semi‑perméable, et la désalinisation thermique, qui consiste à chauffer et évaporer l’eau puis condenser la vapeur. Les usines de désalinisation sont particulièrement courantes dans les régions arides comme le Moyen‑Orient. Bien que efficace, la désalinisation est généralement coûteuse, nécessitant une grande quantité d’énergie.

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

Collecte des eaux de pluie: Il s’agit d’une méthode plus simple et traditionnelle de collecte et de stockage de l’eau de pluie pour une utilisation ultérieure. Les systèmes de collecte des eaux de pluie captent l’eau des toits ou d’autres surfaces et la stockent dans des réservoirs. Bien que moins technologique que les AWH, c’est une façon durable de compléter les approvisionnements en eau, surtout dans les régions à précipitations saisonnières. Cette méthode dépend des précipitations et n’est pas aussi fiable que d’autres approches. De plus, il n’est pas garanti que l’eau collectée ne doive pas être traitée davantage pour garantir sa sécurité pour la consommation.

Collecte du brouillard: Similaire aux AWH, les collecteurs de brouillard récupèrent l’eau de l’atmosphère. Ils utilisent de grands filets maillés pour capturer les gouttelettes d’eau présentes dans le brouillard, qui s’accumulent ensuite et tombent dans des réservoirs de collecte. Cette méthode convient aux zones côtières ou montagneuses où le brouillard est fréquent.

Recharge des eaux souterraines: Cette technique consiste à diriger l’eau de pluie ou l’eau récupérée vers le sol afin de reconstituer les aquifères. Les techniques comprennent la construction de bassins de recharge, de mares d’infiltration et l’utilisation de revêtements perméables. C’est une méthode pour assurer des approvisionnements durables en eaux souterraines, qui constituent une source majeure d’eau douce dans de nombreuses régions.

Stérilisateur solaire d’eau: Une technologie simple où l’énergie solaire est utilisée pour évaporer l’eau contaminée ou salée, et le condensat est collecté comme eau distillée. Cette méthode convient davantage aux applications à petite échelle et est particulièrement utile dans les zones reculées bénéficiant d’un ensoleillement abondant.

Chacune de ces technologies possède des niches d’application en fonction 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.