Une avancée majeure dans la désalinisation solaire
Des milliards de personnes dans le monde n’ont pas accès à de l’eau potable fiable. Selon les estimations des Nations Unies, environ 2,2 milliards d’individus n’ont pas accès à des services d’eau potable gérés correctement. Pour répondre à cette demande croissante, de nombreuses régions, telles que la Californie ou certaines parties du Moyen-Orient, comptent sur des installations de désalinisation qui transforment l’eau de mer en eau douce.
Les limites des méthodes de désalinisation traditionnelles
Les méthodes de désalinisation classiques, comme l’osmose inverse et la distillation thermique, présentent des inconvénients majeurs. Ces procédés consomment d’énormes quantités d’énergie, nécessitent souvent des traitements chimiques avant et après le traitement et produisent une saumure très concentrée. Le rejet de cette saumure dans l’océan peut nuire aux écosystèmes marins en augmentant la salinité et réduisant l’oxygène.
Une nouvelle approche mise au point par des chercheurs
Des chercheurs de l’Université de Rochester ont développé une nouvelle méthode qui pourrait remédier à ces problèmes. Ce système de désalinisation alimenté par énergie solaire produit de l’eau douce de manière efficace, évitant ainsi la création de déchets liquides de saumure, et ne nécessite aucun additif chimique pour préparer l’eau.
L’équipe, dirigée par Chunlei Guo, professeur d’optique et de physique, a détaillé cette technologie dans la revue Light: Science & Applications.
Un dispositif de désalinisation utilisant du métal traité au laser
Ce système repose sur des panneaux solaires fabriqués en métal noir, manipulé à l’aide de lasers femtosecondes pour créer une texture spécifique. Cette texture permet au métal d’absorber efficacement la lumière du soleil et d’adopter une capacité d’hyper-absorption d’eau. La région active du panneau attire un mince film d’eau de mer à sa surface, absorbant presque toute l’énergie solaire, ce qui favorise l’évaporation de l’eau.
Au fur et à mesure que l’eau s’évapore, les sels dissous sont éloignés de la zone d’évaporation et sont déposés dans des parties non traitées appelées région passive. Cela permet d’éviter une accumulation de sels qui pourrait interférer avec la production continue d’eau douce.
Prévention des obstructions grâce à l’effet du “cercle de café”
Guo souligne que plusieurs technologies de désalinisation solaire-thermique ont montré des résultats prometteurs en laboratoire, utilisant des mélanges simplifiés d’eau et de chlorure de sodium. Dans ces tests, des cristaux de chlorure de sodium se sont formés, permettant à l’eau de continuer à circuler et rendant le nettoyage des panneaux relativement facile.
Cependant, l’eau de mer est bien plus complexe. En plus du chlorure de sodium, elle contient une variété de minéraux dissous. Des dépôts compacts formés par des composés de magnésium et de calcium peuvent obstruer la circulation de l’eau au fil du temps. Pour surmonter cela, l’équipe de Rochester a conçu des gouttières microscopiques dans le métal noir, afin de diriger les sels loin des zones critiques.
De plus, ils ont utilisé un processus physique connu sous le nom d’effet de cercle de café, où la simplification du processus conduit à une concentration des particules aux bords, permettant ainsi aux sels d’être orientés vers la région passive.
Une valorisation des déchets salins
L’un des avantages les plus remarquables de cette technologie est l’élimination presque totale des déchets liquides de saumure. En fait, presque tous les sels dissous sont récupérés sous forme solide, et ces matériaux peuvent potentiellement être utilisés comme source de sel de table ou comme matière première pour extraire des éléments plus précieux.
Une des cibles les plus prometteuses est le lithium, essentiel dans les batteries lithium-ion qui équipent les véhicules électriques et de nombreux appareils électroniques.
Dans une étude connexe publiée dans le Journal of Materials Chemistry A, Guo et ses collègues ont démontré que les panneaux solaires à hyper-absorption peuvent également aider à séparer le lithium des autres sels durant la désalinisation.
Une solution prometteuse pour les défis en matière d’eau et de minéraux
Bien que cette technologie ait été démontrée sur des dispositifs de petite taille, Guo est convaincu qu’elle peut être étendue à des applications plus larges. Si cette méthode réussit à être mise en œuvre à plus grande échelle, elle pourrait contribuer à améliorer l’accès à l’eau potable dans le monde et offrir une source durable de minéraux essentiels, comme le lithium.
FAQ
Quels sont les bénéfices clés de cette nouvelle méthode de désalinisation ?
Cette méthode permet de produire de l’eau douce sans créer de saumure, tout en récupérant des minéraux de valeur comme le lithium.
Comment fonctionne l’effet du cercle de café en relation avec la désalinisation ?
Cet effet permet aux sels de se concentrer aux bords d’une surface, empêchant ainsi leur accumulation dans les zones d’évaporation critiques.
Quels autres minéraux peuvent être extraits en utilisant cette technologie ?
Outre le lithium, d’autres sels dissous peuvent potentiellement être récupérés, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer ces possibilités.
Quelles sont les prochaines étapes pour cette technologie ?
Les chercheurs espèrent passer à des prototypes plus grands afin de tester l’efficacité de cette méthode à plus échelle, et d’explorer son application dans différentes régions.
D’où proviennent les financements pour cette recherche ?
Cette recherche a bénéficié d’un soutien financier de la National Science Foundation, de la Bill & Melinda Gates Foundation et du Worldwide Universities Network.
