Pendant des milliers d'années, les habitants du Moyen-Orient et d'Amérique du Sud ont extrait l'eau de l'air pour aider à subvenir aux besoins de leurs populations. S'inspirant de ces exemples, les chercheurs développent actuellement un collecteur d'eau douce léger et alimenté par batterie qui pourrait un jour prélever jusqu'à 10 gallons par heure de l'air, même dans des endroits arides. Ils disent que leur méthode à base de nanofibres pourrait aider à faire face aux pénuries d'eau modernes dues au changement climatique, à la pollution industrielle, aux sécheresses et à l'épuisement des eaux souterraines.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui à la 256e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS). L'ACS, la plus grande société scientifique du monde, organise la réunion ici jusqu'à jeudi. Il propose plus de 10 000 présentations sur un large éventail de sujets scientifiques.
« J'étais en visite en Chine, qui a un problème de pénurie d'eau douce. Il y a des investissements dans le traitement des eaux usées, mais je pensais que cet effort seul était insuffisant », déclare Shing-Chung (Josh) Wong, Ph.D.. Au lieu de compter sur les eaux usées traitées, Wong a pensé qu'il serait peut-être plus prudent de développer un nouveau type de collecteur d'eau qui pourrait tirer parti des particules d'eau abondantes dans l'atmosphère.
La récolte de l'eau de l'air a une longue histoire. Il y a des milliers d'années, les Incas de la région andine recueillaient la rosée et la canalisaient dans des citernes. Plus récemment, certains groupes de recherche ont mis au point des capteurs de brume et de brouillard massifs dans les montagnes andines et en Afrique.
Pour miniaturiser la production d'eau et améliorer l'efficacité, Wong et ses étudiants de l'Université d'Akron se sont tournés vers les polymères électrofilés, un matériau avec lequel ils travaillaient déjà depuis plus d'une décennie. L'électrofilature utilise des forces électriques pour produire des fibres polymères allant de dizaines de nanomètres à 1 micromètre – une taille idéale pour condenser et extraire les gouttelettes d'eau de l'air. Ces polymères fibreux à l'échelle nanométrique offrent un rapport surface/volume incroyablement élevé, bien supérieur à celui fourni par les structures et les membranes typiques utilisées dans les distillateurs d'eau.
En expérimentant différentes combinaisons de polymères hydrophiles – qui attirent l'eau – et hydrophobes – qui rejettent l'eau, le groupe a conclu qu'un système de collecte d'eau pouvait en effet être fabriqué à l'aide de la technologie des nanofibres. Le groupe de Wong a déterminé que leur membrane polymère pouvait récolter 744 mg/cm 2 /h, soit 91 % de plus que les membranes de conception similaire sans ces nanofibres.
Contrairement aux méthodes existantes, la moissonneuse de Wong pourrait fonctionner dans des environnements désertiques arides en raison du rapport surface/volume élevé de la membrane. Il aurait également un besoin énergétique minimal. ‘Nous pouvons affirmer avec confiance qu'avec les progrès récents des batteries lithium-ion, nous pourrions éventuellement développer un appareil plus petit, de la taille d'un sac à dos’, dit-il.
De plus, la conception en nanofibres de Wong capte l'eau et la filtre simultanément. Le réseau de fibres électrofilées peut agir comme une surface anti-encrassement, éliminant les microbes qui pourraient s'accumuler sur la surface de la moissonneuse. Ainsi, l'eau serait « claire et exempte de polluants » et immédiatement potable une fois collectée, dit-il.
Ensuite, Wong espère obtenir un financement supplémentaire pour construire un prototype de collecteur d'eau douce. Il prévoit qu'une fois que son équipe sera en mesure de produire le prototype, sa fabrication devrait être peu coûteuse.
