Des ingénieurs du MIT et de Chine collaborent au développement d'un dispositif innovant de dessalement à énergie solaire, inspiré des processus océaniques. Ce dispositif utilise le dessalement pour transformer l'eau de mer en eau potable. Ce système compact produit 4 à 6 litres d'eau potable par heure. Étonnamment, il est plus performant et moins cher que l'eau du robinet. Les chercheurs utilisent cette approche pour optimiser les zones côtières où l'accès aux ressources en eau traditionnelles est limité.
Ce dispositif passif utilise la lumière naturelle du soleil pour chauffer l'eau salée, d'après un article publié par l'équipe de recherche. Sa configuration permet à l'eau de circuler en tourbillons, à l'instar de la circulation thermohaline océanique . Cette circulation, combinée à la chaleur du soleil, provoque l'évaporation de l'eau, laissant derrière elle du sel. L'eau évaporée peut être condensée et recueillie sous forme d'eau potable. Parallèlement, le sel restant continue de circuler à l'intérieur et à l'extérieur du dispositif, évitant ainsi son accumulation et son colmatage.
Ce nouveau système produit plus d'eau et élimine davantage de sel que les autres concepts de dessalement solaire passif actuellement testés. À l'échelle d'une petite valise, il peut produire environ 4 à 6 litres d'eau potable par heure et fonctionner pendant plusieurs années sans nécessiter de pièces de rechange. Avec ces dimensions et ces performances, il permet de produire de l'eau potable à un coût inférieur à celui de l'eau du robinet.
Lenan Zhang, chercheuse au Laboratoire de recherche sur les dispositifs du MIT, a déclaré : « Pour la première fois, il est possible que l'eau produite par l'énergie solaire soit encore moins chère que l'eau du robinet. »
Zhang a collaboré avec Yang Zhong , étudiant diplômé du MIT, Evelyn Wang (professeure Ford d'ingénierie) et plusieurs chercheurs de l'université Jiao Tong de Shanghai en Chine.
L'équipe souhaite créer une version plus grande de l'appareil, capable de produire de l'eau potable pour une petite famille . Cet appareil pourrait également être utilisé dans les communautés côtières dépourvues d'accès à un réseau d'adduction d'eau traditionnel.
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Renforcer le processus de convection
Ce n’était pas leur première tentative de développer un dispositif de dessalement à cette fin.
Appareil n°1
L'équipe a amélioré le modèle précédent en créant un nouveau système. Testé sur le toit d'un bâtiment du MIT, ce système a permis de convertir efficacement l'énergie solaire en eau potable. Cependant, le sel résiduel s'accumulait et obstruait le système au bout de quelques jours.
Le système suivant comporte plusieurs couches appelées étages, qui contiennent un évaporateur et un condenseur. Ces étages utilisent la chaleur du soleil pour séparer le sel de l'eau. En pratique, l'utilisateur devrait remplacer fréquemment ces étages , ce qui augmenterait le coût du système.
Appareil n°2
Dans la version suivante , ils ont créé une solution avec une disposition des couches similaire. Une nouvelle fonctionnalité a été introduite pour améliorer la circulation de l'eau entrante et garantir l'élimination complète du sel résiduel. Cette conception empêchait le sel de se déposer et de s'accumuler sur l'appareil, mais le dessalement de l'eau était lent.
Appareil n°3
La dernière version de ce système représente une véritable prouesse. L'équipe a réussi à développer un système qui non seulement produit une grande quantité d'eau à un rythme rapide, mais possède également une capacité exceptionnelle à rejeter le sel. Ce système est ainsi non seulement efficace, mais aussi fiable, garantissant un approvisionnement continu en eau potable pendant une longue période.
La nouvelle conception intègre les atouts de leurs deux concepts précédents : un système multi-étages avec évaporateurs et condenseurs qui optimise la circulation de l’eau et du sel à chaque étage. Ce nouveau système génère de petites circulations , semblables à la convection thermohaline océanique. Ce phénomène remarquable est à l’origine des mouvements d’eau à l’échelle mondiale, sous l’effet des variations de température (« thermo ») et de salinité (« haline ») de l’eau de mer.
Lenan Zhang explique : « Lorsque l'eau de mer est exposée à l'air, la lumière du soleil provoque son évaporation. Une fois l'eau hors de la surface, il reste du sel. Plus la concentration en sel est élevée, plus le liquide est dense, et cette eau plus lourde tend à s'écouler vers le bas. En reproduisant ce phénomène qui se produit sur un kilomètre de large dans un petit volume, nous pouvons tirer parti de cette propriété pour éliminer le sel. »
Le processus
Les chercheurs ont placé la boîte entière inclinée à l'intérieur d'un récipient plus grand. Ils ont ensuite relié un tube reliant la partie supérieure de la boîte à la base du récipient, puis ont laissé flotter le récipient dans l'eau salée.
Au cœur de sa conception se trouve une structure élégante et élancée, semblable à un parallélépipède, réalisée dans un matériau sombre qui capte efficacement la chaleur rayonnante du soleil. Elle est divisée en deux parties distinctes : une partie supérieure et une partie inférieure.
- Le la moitié supérieure La structure est dotée d'une couche évaporatrice spécialement conçue au plafond, exploitant la puissance du soleil pour réchauffer et évaporer l'eau au contact.
- Ensuite, la vapeur d’eau est redirigée vers la partie inférieure de la boîte.
- Ici, une couche de refroidissement par air condense la vapeur, la transformant en liquide pur et sûr, exempt de tout sel.
Ce dispositif permet à l'eau d'être naturellement propulsée vers le haut à travers le tube et dans le boîtier. L'inclinaison du boîtier, combinée à l'énergie thermique du soleil , provoque non seulement un tourbillonnement de l'eau lors de sa circulation, mais assure également une circulation continue du sel, empêchant ainsi son dépôt et les risques d'obstruction.
De plus, ces mouvements tourbillonnaires aident à mettre l’eau en contact avec la couche d’évaporation supérieure, optimisant ainsi le processus global.
L'équipe a créé différents prototypes :
- Un avec une seule étape
- Un autre avec trois étapes
- Prochainement avec 10 étapes
Ils ont testé ces prototypes dans de l’eau présentant différents niveaux de salinité, notamment de l’eau de mer naturelle et de l’eau sept fois plus salée.
D'après ces tests, les chercheurs ont déterminé qu'en étendant chaque étage à un mètre carré, on obtiendrait une production impressionnante de 5 litres d'eau potable par heure. Plus remarquable encore, ce système est conçu pour dessaler l'eau sans aucune accumulation de sel pendant plusieurs années.
Outre sa longévité, ce système fonctionne entièrement sans électricité, ce qui le rend extrêmement économique. En effet, son coût de fonctionnement estimé est même inférieur au coût de production de l'eau du robinet aux États-Unis.
Yang Zhong déclare : « Nous démontrons que ce dispositif est capable d'avoir une longue durée de vie. Cela signifie que, pour la première fois, l'eau potable produite grâce à l'énergie solaire peut être moins chère que l'eau du robinet. Ceci ouvre la voie au dessalement solaire pour répondre à des problèmes concrets. »
Cette recherche sur le dessalement qui transforme l'eau de mer en eau potable est menée à l'Université Jiao Tong de Shanghai et a reçu un financement de la Fondation des sciences naturelles de Chine.
Source : Un système de dessalement pourrait produire de l'eau douce moins chère que l'eau du robinet
