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L'eau douce est rare dans de nombreuses régions du monde et doit être obtenue à grands frais. Les communautés situées près de l'océan peuvent dessaler l'eau de mer, mais cette opération nécessite une grande quantité d'énergie. Plus loin de la côte, il ne reste pratiquement plus que la condensation de l'humidité atmosphérique par refroidissement, soit par des procédés qui nécessitent également un apport énergétique élevé, soit par des technologies dites passives qui exploitent l'écart de température entre le jour et la nuit. Cependant, avec les technologies passives actuelles, telles que les films collecteurs de rosée, l'eau ne peut être extraite que la nuit. En effet, le soleil chauffe les feuilles pendant la journée, ce qui rend la condensation impossible.
Auto-refroidissement et protection contre les radiations
Des chercheur·ses de l'ETH Zurich ont mis au point une technologie qui, pour la première fois, leur permet de récolter de l'eau 24 heures sur 24, sans apport d'énergie, même sous un soleil de plomb. Le nouveau dispositif se compose essentiellement d'une vitre spécialement revêtue, qui réfléchit le rayonnement solaire et rejette sa propre chaleur dans l'espace à travers l'atmosphère. Elle se refroidit ainsi jusqu'à 15 degrés Celsius en dessous de la température ambiante. Sur la face inférieure de cette vitre, la vapeur d'eau contenue dans l'air se condense en eau. Ce processus est le même que celui que l'on peut observer sur des fenêtres mal isolées en hiver.
Les scientifiques ont recouvert le verre de couches de polymère et d'argent spécialement conçues. Grâce à ce revêtement spécial, la vitre émet un rayonnement infrarouge à une longueur d'onde spécifique vers l'espace, sans absorption par l'atmosphère ni réflexion sur la vitre. Un autre élément clé du dispositif est un nouveau bouclier anti-rayonnement en forme de cône. Il dévie largement le rayonnement thermique de l'atmosphère et protège la vitre du rayonnement solaire entrant, tout en permettant au dispositif de rayonner la chaleur susmentionnée vers l'extérieur et donc de s'auto-refroidir, de manière entièrement passive.
Proche de l'optimum théorique
Comme l'ont montré les tests effectués en conditions réelles sur le toit d'un bâtiment de l'ETH à Zurich, la nouvelle technologie peut produire au moins deux fois plus d'eau par surface et par jour que les meilleures technologies passives actuelles basées sur des feuilles: le petit système pilote avec une vitre de 10 centimètres de diamètre a fourni 4,6 millilitres d'eau par jour en conditions réelles. Des dispositifs plus grands avec des vitres plus grandes produiraient en conséquence plus d'eau. Les scientifiques ont pu montrer que, dans des conditions idéales, il·les pouvaient récolter jusqu'à 0,53 décilitre d'eau par mètre carré de surface vitrée et par heure. «Ce chiffre est proche de la valeur maximale théorique de 0,6 décilitre par heure, qu'il est physiquement impossible de dépasser», explique Iwan Hächler. Il est doctorant dans le groupe de Dimos Poulikakos, professeur de thermodynamique à l'ETH Zurich.
Les autres technologies exigent généralement que l'eau condensée soit essuyée d'une surface, ce qui nécessite de l'énergie. Sans cette étape, une partie importante de l'eau condensée s'accrocherait à la surface et resterait inutilisable tout en empêchant la poursuite de la condensation. Les chercheur·ses de l'ETH Zurich ont appliqué un nouveau revêtement superhydrophobe (extrêmement hydrophobe) sur la face inférieure de la vitre de leur condenseur d'eau. L'eau condensée se met ainsi à perler et s'écoule ou saute d'elle-même. «Contrairement à d'autres technologies, la nôtre peut réellement fonctionner sans aucune énergie supplémentaire, ce qui constitue un avantage essentiel», a déclaré Iwan Hächler.
L'objectif des chercheur·ses était de mettre au point une technologie destinée aux pays souffrant de pénurie d'eau et, en particulier, aux pays en développement et émergents. Maintenant, disent-il·les, d'autres scientifiques ont la possibilité de développer davantage cette technologie ou de la combiner avec d'autres méthodes, comme le dessalement de l'eau, pour en augmenter le rendement. La production des vitres revêtues est relativement simple et il devrait être possible de construire des condenseurs d'eau plus grands que le système pilote actuel. De la même manière que les cellules solaires sont constituées de plusieurs modules disposés les uns à côté des autres, plusieurs condenseurs d'eau pourraient également être placés côte à côte pour constituer un système à grande échelle.