Un nouveau système de dessalement solaire offre de l'eau propre aux régions éloignées

Avec la montée en flèche des températures estivales, le spectre de la pénurie d'eau plane. Comme solution possible pour augmenter la disponibilité d'eau propre et potable, des chercheurs de l'Indian Institute of Science (IISc) ont développé un nouveau système de dessalement thermique qui peut fonctionner à l'aide de l'énergie solaire.

Les méthodes les plus courantes de dessalement sont l'osmose inverse à membrane et le dessalement thermique. Cependant, les deux consomment beaucoup d'énergie.

Les systèmes de dessalement thermique fonctionnent en chauffant l'eau salée puis en condensant la vapeur résultante pour obtenir de l'eau douce. Mais l'énergie nécessaire à l'évaporation est généralement obtenue à partir de l'électricité ou de la combustion de combustibles fossiles. Une alternative écologique consiste à utiliser des alambics solaires dans lesquels l'énergie solaire est utilisée pour évaporer l'eau salée dans de grands réservoirs et la vapeur qui se condense sur un toit transparent est collectée. Cependant, lors de la condensation, une fine couche d'eau se forme sur le toit, réduisant la quantité d'énergie solaire pouvant pénétrer dans le réservoir et donc l'efficacité du système.

Comme alternative à ces alambics solaires, l'équipe IISc a développé une nouvelle conception pour une unité de dessalement à énergie solaire qui est plus économe en énergie, rentable et portable, ce qui la rend pratique à installer dans des zones avec un accès limité à l'électricité continue, explique Susmita Dash, professeure adjointe au Département de génie mécanique et auteur correspondant de l'étude publiée dans Desalination.

L'installation, conçue par Dash et son doctorant Nabajit Deka, comprend un réservoir d'eau salée, un évaporateur et un condenseur enfermés dans une chambre isolante pour éviter les pertes de chaleur dans l'air ambiant.

Leur système fonctionne en utilisant l'énergie solaire thermique pour faire évaporer un petit volume d'eau imbibée ou "méchante" dans l'évaporateur, qui a une surface texturée. L'effet de mèche du liquide dans l'évaporateur profite de l'effet capillaire des textures microscopiques. Cet effet permet aux liquides d'être aspirés dans des espaces étroits d'un matériau poreux, un peu comme l'eau absorbée par une éponge. L'utilisation de cette approche, au lieu de chauffer tout le volume de liquide dans le réservoir, entraîne une amélioration significative de l'efficacité énergétique du système, explique Dash.

L'équipe a gravé de minuscules rainures sur la surface de l'évaporateur, qui est en aluminium. Deka explique qu'ils ont dû expérimenter différentes combinaisons de dimension et d'espacement des rainures ainsi que la rugosité de la surface pour déterminer le bon motif pour un effet de mèche efficace.

Le condenseur - souvent négligé dans la majorité des études de dessalement, selon les chercheurs - est un autre élément clé du système de dessalement solaire. Pour éviter la formation du film d'eau lors de la condensation, comme dans les alambics solaires, Dash et Deka ont fabriqué un condenseur avec une alternance de surfaces hydrophiles et superhydrophiles. Les gouttelettes d'eau qui se condensent sur les motifs hydrophiles sont attirées vers la région superhydrophile. Cette affinité de l'eau condensée avec la région superhydrophile permet à la surface hydrophile de se libérer pour un nouveau lot de condensat, explique Dash.

Lors de la condensation, une partie de la chaleur se perd dans l'atmosphère. Les chercheurs ont conçu le système de manière à ce que cette chaleur dégagée lors de la condensation soit également piégée et utilisée pour chauffer l'eau salée imbibée dans un évaporateur différent à l'arrière du condenseur, ce qui réduit la quantité d'énergie solaire nécessaire et augmente encore plus l'efficacité du système. L'équipe a également connecté avec succès plusieurs combinaisons évaporateur-condenseur en série, ce qui a donné lieu à un système de dessalement solaire à plusieurs étages. Ce système, s'il est construit dans une zone au sol de 1 m2, a la capacité de produire un litre d'eau potable toutes les 30 minutes, soit au moins deux fois plus que celle produite par un alambic solaire traditionnel de même taille.

Outre l'eau de mer, le système peut également fonctionner avec des eaux souterraines contenant des sels dissous ainsi qu'avec de l'eau saumâtre. Il peut être ajusté pour s'aligner sur les positions changeantes du soleil pendant la journée.

Les chercheurs travaillent actuellement à la mise à l'échelle du système et à l'amélioration de sa durabilité, ainsi qu'à l'augmentation du volume d'eau potable produite, afin qu'elle puisse être déployée à des fins domestiques et commerciales.