Ce super matériau absorbe l'humidité même en plein désert

Des ingénieurs du célèbre MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont réussi à élaborer un matériau ultra-absorbant capable de capter une quantité record d’humidité de l’air, y compris dans des conditions désertiques.

Ce matériau, lorsqu’il absorbe la vapeur d’eau, est capable de gonfler pour accueillir davantage d’humidité. Même dans des conditions très sèches, avec une humidité relative de 30%, ce matériau est capable d’extraire la vapeur de l’air et de retenir l’humidité sans fuite. L’eau ainsi captée pourrait ensuite être chauffée et condensée, puis récupérée sous forme d’eau ultra-pure.

Le rôle de l’hydrogel et du lithium

Cet élément transparent et élastique est constitué d’hydrogel, une matière naturellement absorbante également utilisée dans les couches jetables. L’équipe a amélioré l’absorption de l’hydrogel en l’infusant de chlorure de lithium – un type de sel réputé pour être un puissant dessicant.

Les chercheurs ont constaté qu’ils pouvaient infuser l’hydrogel avec une quantité de sel plus importante que celle possible dans les études précédentes. Par conséquent, ils ont observé que le gel chargé de sel absorbait et retenait une quantité d’humidité sans précédent, à travers une gamme de niveaux d’humidité, même dans des conditions très sèches.

La production de ce gel ultra-absorbant à grande échelle pourrait être utilisé comme capteur d’eau passif, en particulier dans les régions désertiques et sujettes à la sécheresse. Les chercheurs imaginent également que ce composé pourrait être adapté aux unités de climatisation comme un élément déshumidifiant économe en énergie.

« L’hydrogel peut stocker beaucoup d’eau et le sel peut capter beaucoup de vapeur. Il est donc intuitif de vouloir combiner les deux », explique Gustav Graeber. Voici une image microscopique d’un hydrogel sec chargé en sel. Image : Gustav Graeber et Carlos D. Díaz-Marín

« Nous avons été agnostiques en termes d’application, dans le sens où nous nous concentrons principalement sur les propriétés fondamentales du matériau. Mais maintenant, nous explorons des problèmes très différents comme comment rendre la climatisation plus efficace et comment récolter de l’eau. Ce matériau, en raison de son faible coût et de ses performances élevées, a un potentiel énorme. » a déclaré Carlos Díaz-Marin, étudiant en génie mécanique et membre du laboratoire de recherche sur les dispositifs du MIT. Et d’ajouter : « Comment pouvons-nous faire en sorte que cela fonctionne aussi bien pour absorber la vapeur de l’air ?«

Le fonctionnement de l’hydrogel

Après avoir consulté la littérature existante, l’équipe a constaté que d’autres chercheurs avaient tenté de mélanger des hydrogels avec divers sels. Certains sels, comme le sel de roche utilisé pour faire fondre la glace, sont très efficaces pour absorber l’humidité, y compris la vapeur d’eau. Et le meilleur parmi eux est le chlorure de lithium, un sel capable d’absorber plus de 10 fois sa propre masse en humidité.

Ainsi, les chercheurs ont tenté d’infuser le sel dans l’hydrogel – produisant un matériau qui peut à la fois retenir l’humidité et gonfler pour accueillir davantage d’eau.

Cependant, l’équipe du MIT a constaté que d’autres scientifiques avaient atteint une limite quant à la quantité de sel qu’ils pouvaient charger dans leurs gels. Les échantillons les plus performants à ce jour étaient des hydrogels qui étaient infusés avec 4 à 6 grammes de sel par gramme de polymère. Ces échantillons absorbaient environ 1,5 gramme de vapeur par gramme de matériau dans des conditions sèches de 30% d’humidité relative.

Des résultats record

Ainsi, l’équipe du MIT a découvert que, effectivement, avec plus de temps, les hydrogels absorbaient plus de sel. Après avoir trempé dans une solution salée pendant 30 jours, les hydrogels ont incorporé jusqu’à 24, contre le précédent record de 6 grammes de sel par gramme de polymère.

L’équipe a ensuite soumis divers échantillons de gels chargés de sel à des tests d’absorption à travers une gamme de conditions d’humidité. Ils ont constaté que les échantillons pouvaient gonfler et absorber plus d’humidité à tous les niveaux d’humidité, sans fuite.

« La grande surprise inattendue était qu’avec une approche aussi simple, nous avons pu obtenir la plus grande absorption de vapeur rapportée à ce jour« , déclare Graeber. « Maintenant, l’accent principal sera mis sur la cinétique et la rapidité avec laquelle nous pouvons amener le matériau à absorber l’eau. Cela vous permettra de faire circuler ce matériau très rapidement, de sorte qu’au lieu de récupérer de l’eau une fois par jour, vous pourriez récolter de l’eau peut-être 24 fois par jour.«

FAQ / Questions et Réponses

Qu’est-ce que l’hydrogel ?

L’hydrogel est un gel hydrophile, principalement composé d’eau et d’un peu de polymère réticulé. Il est utilisé depuis des années comme matériau absorbant, par exemple dans les couches jetables, car il peut gonfler et absorber une grande quantité d’eau.

Comment le matériau du MIT absorbe-t-il l’humidité ?

Le matériau est un hydrogel qui a été amélioré par l’infusion de lithium, un type de sel connu pour être un puissant dessicant. Même dans des conditions très sèches, avec une humidité relative de 30 %, le matériau peut capter la vapeur de l’air et retenir l’humidité sans fuite.

Quels sont les avantages potentiels de ce matériau super absorbant ?

Si ce gel super absorbant peut être produit rapidement et à grande échelle, il pourrait être utilisé comme collecteur d’eau passif, notamment dans les déserts et les régions sujettes à la sécheresse. De plus, le matériau pourrait être adapté aux unités de climatisation comme élément déshumidifiant économiseur d’énergie.

Quelle est la prochaine étape pour l’équipe de recherche du MIT ?

L’équipe du MIT est maintenant à la recherche de moyens d’accélérer les propriétés super absorbantes du matériau. L’objectif est de permettre une récupération rapide de l’eau, peut-être jusqu’à 24 fois par jour.

Quels sont les défis rencontrés lors de la création de ce matériau ?

Le principal défi était de charger l’hydrogel avec plus de sel que ce qui était possible dans les études précédentes. Cela nécessitait un temps d’infusion plus long que les expériences précédentes.

Díaz-Marin et ses collègues ont publié leurs résultats dans une étude parue dans Advanced Materials. Les co-auteurs de l’étude du MIT sont Gustav Graeber, Leon Gaugler, Yang Zhong, Bachir El Fil, Xinyue Liu et Evelyn Wang.

Cette recherche a été soutenue, en partie, par le Bureau américain de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables et la Fondation nationale suisse pour la science.

Contenu adapté de l’article de Jennifer Chu. Illustration image principale : Les ingénieurs du MIT ont synthétisé un matériau superabsorbant capable d’absorber une quantité record d’humidité de l’air, même dans des conditions désertiques. Les disques d’hydrogel sont gonflés dans l’eau. Image: Gustav Graeber and Carlos D. Díaz-Marín

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