Un système de dessalement solaire qui s’adapte au rythme du soleil

Des ingénieurs du MIT ont conçu un système innovant de dessalement de l’eau fonctionnant à l’énergie solaire. La technologie ajuste automatiquement son fonctionnement selon les variations d’ensoleillement, produisant de grandes quantités d’eau potable sans batterie ni connexion au réseau électrique. Le prototype, testé pendant six mois au Nouveau-Mexique, a démontré une efficacité remarquable, offrant de nouvelles possibilités pour l’approvisionnement en eau potable dans les régions isolées.

Le dessalement de l’eau représente un enjeu majeur pour de nombreuses régions confrontées à des pénuries d’eau douce. Les technologies existantes nécessitent généralement une source d’énergie stable ou des batteries pour fonctionner avec l’énergie solaire. Le nouveau système développé par les chercheurs du MIT surmonte limitations en s’adaptant directement aux variations naturelles de l’ensoleillement.

Amos Winter, professeur de génie mécanique au MIT et directeur du centre GEAR, explique : «En faisant varier continuellement la consommation d’énergie en synchronisation avec le soleil, notre technologie utilise directement et efficacement l’énergie solaire pour produire de l’eau.»

Exploitation des eaux souterraines saumâtres

Le système est conçu pour dessaler les eaux souterraines saumâtres, une ressource plus répandue que les réserves d’eau douce souterraine. Jonathan Bessette, doctorant en génie mécanique au MIT, souligne : «La majorité de la population vit suffisamment loin des côtes pour que le dessalement de l’eau de mer ne puisse jamais les atteindre. Ils dépendent donc fortement des eaux souterraines, en particulier dans les régions reculées à faibles revenus.»

Le système utilise la technique de l’électrodialyse pour dessaler l’eau. Cette méthode peut être comparée à un filtre électrique géant. Imaginez un tamis microscopique chargé électriquement qui attire les particules de sel hors de l’eau, comme un aimant attire la limaille de fer. L’eau circule à travers une série de ces «tamis électriques», appelés membranes échangeuses d’ions, sous l’effet d’un champ électrique qui extrait les ions de sel.

L’innovation réside dans le système de contrôle qui ajuste en temps réel le débit d’eau et la tension appliquée en fonction de l’énergie solaire disponible. C’est comme un chef d’orchestre qui dirigerait ses musiciens pour qu’ils jouent plus fort ou plus doucement selon l’intensité de la lumière sur scène.

Une réactivité accrue aux variations solaires

La dernière version du système peut ajuster son taux de dessalement trois à cinq fois par seconde. Cette réactivité permet de s’adapter rapidement aux changements d’ensoleillement tout au long de la journée, sans nécessiter de batteries supplémentaires pour compenser les variations de puissance.

Shane Pratt, ingénieur de l’équipe, décrit le fonctionnement : «Toutes les trois secondes, nous examinons les panneaux solaires et disons : ‘Oh, nous avons plus de puissance – augmentons un peu notre débit et notre courant.’ Lorsque nous regardons à nouveau et constatons qu’il y a encore plus de puissance excédentaire, nous l’augmentons encore.»

Des résultats encourageants sur le terrain

Les ingénieurs ont testé un prototype à l’échelle communautaire pendant six mois sur plusieurs puits au Nouveau-Mexique. Le système a fonctionné dans diverses conditions solaires, utilisant en moyenne plus de 94% de l’énergie électrique des panneaux solaires pour alimenter directement le processus de dessalement.

Les performances du prototype sont impressionnantes :

• Production jusqu’à 5 000 litres d’eau par jour
• Capacité à alimenter environ 3 000 personnes
• Réduction de près de 100% de la capacité de batterie requise par rapport aux systèmes traditionnels

Ces résultats montrent que :

• Le système peut fonctionner de manière autonome sans connexion au réseau électrique
• Il s’adapte efficacement aux variations météorologiques quotidiennes
• La technologie est évolutive et peut être dimensionnée pour différentes tailles de communautés

Implications pour l’accès à l’eau potable

Cette avancée technologique pourrait avoir un impact significatif sur l’accès à l’eau potable dans les régions isolées ou à faibles revenus. En exploitant l’énergie solaire de manière efficace et en ciblant les ressources en eau souterraine saumâtre, le système offre une solution durable pour répondre aux besoins croissants en eau potable, particulièrement dans un contexte de changement climatique.

Les implications sociétales de cette technologie sont considérables :

• Amélioration de la santé publique grâce à un accès accru à l’eau potable
• Réduction de la dépendance aux sources d’eau contaminées
• Potentiel de développement économique dans les régions arides
• Contribution à la réalisation des objectifs de développement durable des Nations Unies

Les chercheurs prévoient de poursuivre les tests et d’augmenter l’échelle du système pour répondre aux besoins de communautés plus importantes, voire de municipalités entières. Leur objectif est de fournir une solution de dessalement à faible coût, entièrement alimentée par le soleil, pour différents marchés dans le monde.

«Être capable de produire de l’eau potable avec des énergies renouvelables, sans nécessiter de stockage par batterie, est un défi considérable. Et nous l’avons fait.» ajoute encore Amos Winter.

L’équipe prévoit de lancer une entreprise basée sur cette technologie dans les mois à venir, avec l’ambition de développer des méthodes de dessalement plus durables et moins coûteuses.

Un pas vers l’accès universel à l’eau potable

Le développement de technologies de dessalement plus efficaces et autonomes représente une avancée importante vers la réalisation de l’objectif de développement durable des Nations Unies visant à garantir l’accès universel à l’eau potable d’ici 2030. Cette innovation du MIT pourrait jouer un rôle clé dans la résolution des problèmes d’approvisionnement en eau dans les régions les plus vulnérables du monde, offrant ainsi une lueur d’espoir pour des millions de personnes confrontées à la rareté de l’eau.

Article : ‘ »Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control' »‘ / ( 10.1038/s44221-024-00314-6 ) – Massachusetts Institute of Technology – Publication dans la revue Nature Water

Légende illustration: Jon Bessette est assis au sommet d’une remorque abritant le système de dessalement par électrodialyse au Brackish Groundwater National Research Facility (BGNDRF) à Alamogordo, au Nouveau-Mexique. Le système est relié à une véritable nappe phréatique, à des réservoirs d’eau et à des panneaux solaires. Crédit : Shane Pratt