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Quand les grenouilles arboricoles inspirent la solution à la crise de l'eau

Quand les grenouilles arboricoles inspirent la solution à la crise de l'eau

Quand les grenouilles arboricoles inspirent la solution à la crise de l’eau

par Nevada Université (USA)
30 octobre 2024
en Durable, Environnement

L’idée de transformer l’air qui nous entoure en eau potable est une merveille en soi. Et l’obtention d’une quantité durable de cette eau dans des environnements à faible humidité a longtemps été plus proche de la science-fiction que de la réalité.

Alors qu’une méga-sécheresse pèse sur l’approvisionnement en eau dans tout le Sud-Ouest, des recherches révolutionnaires menées par l’Université du Nevada (NLV) répondent à ce problème grâce à une technologie novatrice qui extrait de grandes quantités d’eau de l’air à faible taux d’humidité.

H. Jeremy Cho, professeur de génie mécanique à l’UNLV, dirige une équipe de chercheurs qui propose une approche radicalement différente de la récupération de l’eau atmosphérique, c’est-à-dire de la transformation de la vapeur d’eau présente dans l’air ambiant en une forme utilisable. Les méthodes existantes de récupération de l’eau atmosphérique ont de faibles rendements et des rendements décroissants en dessous de 30 % d’humidité.

« Cet article établit réellement qu’il est possible de capter l’eau à un rythme très rapide », a indiqué M. Cho. « Nous pouvons commencer à prévoir la taille du système dont nous aurions besoin pour produire une quantité d’eau donnée. Si je dispose d’un mètre carré, soit environ un mètre sur un mètre, nous pouvons produire environ un gallon d’eau par jour à Las Vegas, et jusqu’à trois fois plus dans les environnements humides ».

Cette technologie et cette approche ont été testées en plein air à Las Vegas et sont efficaces jusqu’à un taux d’humidité de 10 %. Elle capture directement l’eau dans une solution saline liquide qui peut être transformée en eau potable ou en énergie, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour les régions arides.

Implications globales de la capture et du stockage de l'eau limités par la convection. (A) Nous calculons le potentiel de captage/stockage d'eau limité par la convection à l'échelle mondiale et constatons que certaines régions peuvent dépasser 70 kgm -2 d -1 (régions en vert foncé). Les pixels manquants sont dus à des données incomplètes dans le jeu de données original. (B) En s'appuyant sur le vent naturel à 1 m de hauteur, le captage/stockage d'eau limité par la convection avec notre largeur de prototype donne une gamme de flux (région ombrée en bleu représentant 95 % de la gamme de flux globale) qui dépasse généralement la performance requise par le benchmark de Lord (courbe verte ; Eq. 10). Les barres d'erreur représentent 1 SD.
Implications globales de la capture et du stockage de l’eau limités par la convection. (A) Nous calculons le potentiel de captage/stockage d’eau limité par la convection à l’échelle mondiale et constatons que certaines régions peuvent dépasser 70 kgm -2 d -1 (régions en vert foncé). Les pixels manquants sont dus à des données incomplètes dans le jeu de données original. (B) En s’appuyant sur le vent naturel à 1 m de hauteur, le captage/stockage d’eau limité par la convection avec notre largeur de prototype donne une gamme de flux (région ombrée en bleu représentant 95 % de la gamme de flux globale) qui dépasse généralement la performance requise par le benchmark de Lord (courbe verte ; Eq. 10). Les barres d’erreur représentent 1 SD.

Un ingrédient clé du processus est une membrane d’hydrogel appelée « peau ». Ce matériau s’inspire de la nature, en particulier des grenouilles arboricoles et des plantes aériennes, qui utilisent une technique similaire pour transporter l’eau de l’air ambiant dans un liquide destiné à être stocké à l’intérieur.

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« Nous avons pris cette idée biologique et nous avons essayé de la réaliser à notre manière », a-t-il déclaré. « Il y a tellement de choses géniales qui se passent dans la nature – il suffit de regarder autour de soi, d’apprendre et de s’inspirer. »

En outre, la recherche démontre que la collecte de l’eau atmosphérique peut être alimentée par l’énergie solaire. Grâce à l’ensoleillement fréquent dans des endroits tels que la vallée de Las Vegas, qui compte en moyenne 300 jours de soleil par an, la lumière du soleil peut fournir suffisamment d’énergie pour réduire le coût théorique et final de la production d’eau.

« Nos ressources en eau s’épuisent et le climat de notre planète change », a déclaré M. Cho. « Pour parvenir à la durabilité, nous devons changer nos habitudes. Cette idée semblait relever de la science-fiction, mais c’est possible, et nous sommes en train de le faire. »

Les essais de captage/stockage de l'eau en extérieur ont démontré un taux élevé de captage et de stockage de l'eau à Las Vegas, la ville la plus sèche des États-Unis. (A) Les essais de captage/stockage en extérieur avec un ventilateur de 50 mm de diamètre (générant une vitesse de vent effective de 0,33 ms) ont permis d'obtenir (B) 5,50 kgm d sur une période de 24 heures à la fin du mois de novembre 2022. Le seul fait de compter sur le vent naturel sans ventilateur a permis d'obtenir 1,99 kgm d . Tout au long des périodes d'essai, la température et l'humidité ont varié comme le montrent les figures (C et D).
Les essais de captage/stockage de l’eau en extérieur ont démontré un taux élevé de captage et de stockage de l’eau à Las Vegas, la ville la plus sèche des États-Unis. (A) Les essais de captage/stockage en extérieur avec un ventilateur de 50 mm de diamètre (générant une vitesse de vent effective de 0,33 ms) ont permis d’obtenir (B) 5,50 kgm d sur une période de 24 heures à la fin du mois de novembre 2022. Le seul fait de compter sur le vent naturel sans ventilateur a permis d’obtenir 1,99 kgm d . Tout au long des périodes d’essai, la température et l’humidité ont varié comme le montrent les figures (C et D).

La recherche est déjà mise en pratique sous la forme de WAVR Technologies, Inc. Cho a cofondé cette start-up de l’UNLV, qui fabrique des dispositifs capables de capturer la vapeur d’eau de l’air ambiant à des fins commerciales et individuelles.

WAVR est la première entreprise universitaire issue du programme Regional Innovation Engines de la National Science Foundation (NSF), qui vise à commercialiser des technologies répondant aux préoccupations régionales en matière de durabilité et de climat.

Légende illustration : Premier prototype d’un dispositif de récupération de l’eau atmosphérique dans le laboratoire de H. Jeremy Cho.

« High-yield atmospheric water capture via bioinspired material segregation » a été publié le 22 octobre 2024 dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Les auteurs proviennent de l’UNLV, de l’université du Michigan et de l’université de l’Utah. Outre Cho, les coauteurs sont Yiwei Gao, Areianna Eason, Santiago Ricoy, Addison Cobb, Ryan Phung, Air Kashani, Mario R. Mata, Aaron Sahm, Nathan Ortiz et Sameer Rao. DOI : 10.1073/pnas.2321429121

Source : Université du Nevada à Las Vegas – Traduction Enerzine.com

Tags: eauhumiditehydrogelmembrane
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L'Université du Nevada à Las Vegas (UNLV) est une institution de recherche publique qui a vu le jour en 1957. Située au cœur de Las Vegas, elle s'étend sur un campus principal de 140 hectares et dispose de trois campus au total. L'UNLV est classée comme une université de recherche R1 de premier niveau et est reconnue parmi les meilleures universités de recherche aux États-Unis par la Classification Carnegie des Établissements d'Enseignement Supérieur. Elle accueille plus de 30 000 étudiants, dont environ 3% d'étudiants internationaux. Le College of Sciences de l'UNLV se distingue particulièrement par : - Sciences de la vie - Chimie et biochimie - Géosciences - Sciences mathématiques - Physique et astronomie - Gestion de l'eau L'université met à disposition des étudiants et chercheurs des installations modernes, des laboratoires spécialisés et des centres de recherche performants. Environ 130 professeurs à temps plein contribuent à créer un programme équilibré combinant connaissances pratiques et fondements théoriques.

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