Des ingénieurs australiens et chinois ont inventé un dispositif en forme d’éponge qui capte l’eau de l’air et la libère dans une tasse en utilisant l’énergie solaire, même en cas de faible humidité, là où d’autres technologies telles que la collecte de brouillard et le refroidissement radiatif ont échoué.
Le dispositif de captage de l’eau à partir de l’air est resté efficace dans une large gamme de niveaux d’humidité (de 30 à 90 %) et de températures (de 5 à 55 degrés Celsius).
Derek Hao, chercheur principal à l’université RMIT de Melbourne, a déclaré que l’invention s’appuyait sur la structure naturellement spongieuse du bois de balsa raffiné, modifiée pour absorber l’eau de l’atmosphère et la libérer à la demande.
Le composite à base de bois mis au point par l’équipe dans le cadre de ses recherches s’intègre parfaitement dans une tasse dotée d’un couvercle en forme de dôme et d’un plateau anti-pollution, d’un mécanisme de refroidissement et d’un système d’activation alimenté par le soleil.
« Des milliards de personnes dans le monde n’ont pas accès à l’eau potable et des millions meurent chaque année de maladies transmises par l’eau », a déclaré M. Hao, spécialiste des matériaux et ingénieur en environnement à l’école des sciences du RMIT.
Hao est l’auteur correspondant de l’étude, qui a été réalisée en collaboration avec cinq instituts de recherche chinois, sous la direction du Dr Junfeng Hou de l’université Zhejiang A&F. « Notre équipe a inventé un dispositif qui permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. »
« Notre équipe a inventé un dispositif composé d’un échafaudage spongieux de bois, de chlorure de lithium, de nanoparticules d’oxyde de fer, d’une couche de nanotubes de carbone et d’autres caractéristiques spécialisées », a déclaré M. Hao.
L’équipe a utilisé l’intelligence artificielle pour prédire avec précision et optimiser les performances du dispositif en matière de collecte et d’évacuation de l’eau dans des conditions environnementales variables.
Le moment du bassin versant
Le matériau spongieux, qui est un prototype de laboratoire à un stade précoce, absorbe l’humidité de l’atmosphère lorsque le couvercle de la tasse est ouvert. Lorsque le couvercle est fermé sous la lumière du soleil, l’eau est libérée dans le gobelet.
Dans des conditions de laboratoire, le dispositif d’absorption de l’eau à partir de l’air a absorbé environ 2 millilitres d’eau par gramme de matériau à une humidité relative de 90 % et a libéré la quasi-totalité de l’eau dans les 10 heures suivant l’exposition au soleil – un taux supérieur à celui de la plupart des autres méthodes connues et à un coût moindre. Avec neuf cubes d’éponge pesant chacun 0,8 gramme, 15 millilitres d’eau peuvent être absorbés et libérés dans le gobelet.
« Lors de tests en plein air, notre dispositif a capturé 2,5 millilitres d’eau par gramme pendant la nuit et en a libéré la plus grande partie pendant la journée, atteignant ainsi une efficacité de collecte d’eau quotidienne de 94 % », a déclaré M. Hou.
« À un taux d’humidité de 30 %, notre appareil a absorbé de l’eau à raison d’environ 0,6 millilitre par gramme. »
« Ces résultats mettent en évidence son utilisation potentielle dans des systèmes de collecte d’eau hors réseau et alimentés par l’énergie solaire. »
Avantages de la conception inspirée de la nature
Selon M. Hao, l’utilisation du bois naturel comme matrice a permis non seulement de réduire les coûts, mais aussi d’assurer l’intégrité structurelle et d’améliorer le transport de l’eau grâce à son architecture poreuse.
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« Ces caractéristiques permettent de fabriquer le matériau en grandes quantités et de le déployer dans des applications réelles telles que la collecte d’eau dans des régions éloignées ou arides. »
« Le dispositif a conservé sa flexibilité et sa fonction d’absorption de l’eau même après avoir été stocké à -20 degrés Celsius pendant 20 jours, ce qui démontre une excellente résistance au gel. »
« Ses performances en matière d’absorption et de libération de l’humidité sont restées stables pendant 10 cycles consécutifs, avec une baisse d’efficacité de moins de 12 %. »
Applications potentielles et évolutivité
Selon M. Hao, le dispositif pourrait être utilisé dans des scénarios d’urgence, par exemple à la suite de catastrophes naturelles où l’approvisionnement en eau a été compromis, si l’équipe parvient à mettre à l’échelle et à optimiser l’innovation modulaire.
« La taille actuelle de l’unité de démonstration est de 15 millimètres cubes. Il serait très facile de préparer une unité plus grande, ou nous pourrions utiliser les unités pour former un réseau », a déclaré M. Hao.
« Sa capacité à récolter de l’eau potable dans l’atmosphère en utilisant uniquement la lumière du soleil le rend inestimable dans les zones sinistrées où les sources d’eau traditionnelles sont compromises. La portabilité du système et sa dépendance à l’égard des énergies renouvelables renforcent encore son applicabilité dans de tels contextes ».
M. Hao précise que le matériau a été conçu dans un souci d’évolutivité et d’accessibilité financière.
« Le principal composant, le bois de balsa, est largement disponible, biodégradable et bon marché, et le processus de fabrication n’est pas complexe, ce qui pourrait permettre une production de masse. »
« Les performances stables démontrées sur plusieurs cycles et dans diverses conditions environnementales indiquent la longévité et la rentabilité. »
M. Hao a indiqué que l’équipe était en discussion avec des partenaires industriels potentiels sur la production à l’échelle pilote et le déploiement sur le terrain, l’intégration dans des systèmes modulaires de collecte de l’eau à partir de l’air.
« Les panneaux solaires combinés au stockage de l’énergie thermique pourraient permettre un fonctionnement 24 heures sur 24, en particulier dans les zones où l’ensoleillement est intermittent », a-t-il déclaré.
« Le développement de systèmes de contrôle automatisés utilisant des capteurs de l’internet des objets pour surveiller l’humidité relative, la température et l’intensité solaire pourrait optimiser davantage les cycles de récupération de l’eau, » a déclaré M. Hao.
« En se basant sur la conception artificiellement intelligente utilisée dans l’étude, des plates-formes de conception plus avancées pourraient être développées pour sélectionner de nouvelles combinaisons de matériaux et prédire l’absorption d’eau à long terme ainsi que les performances en matière de libération », a-t-il déclaré.
Article : « Development and characterisation of novel wood-based composite materials for solar-powered atmospheric water harvesting: a machine intelligence supported approach » – DOI : 10.1016/j.jclepro.2025.145061
