Une nouvelle méthode transforme l’eau de mer en eau potable sans produire de déchets

• Le système de dessalement solaire fait monter une fine couche d’eau sur un panneau métallique noir pour absorber le rayonnement solaire, distiller l’eau et produire de l’eau douce sans additifs chimiques ni sous-produit de saumure
• Les méthodes existantes comme l’osmose inverse et la distillation thermique sont gourmandes en énergie, nécessitent des prétraitements et post-traitements, et la saumure rejetée en mer augmente la salinité et réduit l’oxygène, nuisant à la vie marine
• Des chercheurs de l’University of Rochester ont conçu une surface de métal noir superhydrophile (superwicking) gravée au laser femtoseconde, où la zone active maintient le dessalement tandis que les côtés non traités recueillent les sels et minéraux restants
• Lors de tests sur des échantillons d’eau du Pacifique, de l’Atlantique et de l’océan Indien, l’effet d’anneau de café a permis d’envoyer sels et minéraux vers la zone passive, de nettoyer la surface automatiquement et de les récupérer sans baisse d’efficacité du panneau
• Le même panneau extrait presque 100 % du sel sous forme solide et, sur des échantillons du Great Salt Lake, a permis d’extraire environ 50 % du lithium des sels restants après le dessalement

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Un système de dessalement économe en énergie produit de l’eau douce sans additifs chimiques et transforme les sels restants en matériaux utiles

• Selon les estimations de l’UN, 2,2 milliards de personnes n’ont pas accès à une eau potable gérée en toute sécurité, et de nombreuses communautés, de la Californie au Moyen-Orient, dépendent d’installations de dessalement pour transformer l’eau de mer en eau douce
• Les technologies de dessalement courantes, comme l’osmose inverse et la distillation thermique, sont gourmandes en énergie, exigent un prétraitement et un post-traitement de l’eau, et laissent comme sous-produit une solution saline concentrée, la saumure (brine)
  • Lorsque cette saumure est rejetée en mer, elle augmente la salinité de l’eau et réduit son oxygène, ce qui nuit à la vie marine
• Des chercheurs de l’Institute of Optics de l’University of Rochester ont mis au point un nouveau procédé de dessalement solaire qui ne produit pas de saumure et ne nécessite pas non plus d’additifs chimiques pour le prétraitement
  • L’équipe dirigée par Chunlei Guo a publié cette méthode dans un article de Light: Science & Applications
• Le cœur de la technologie est un panneau en métal noir gravé au laser femtoseconde, dont la surface absorbe très efficacement la lumière et attire fortement l’eau grâce à ses propriétés superhydrophiles
  • La zone active traitée au laser fait remonter une fine couche d’eau à la surface, absorbe presque tout le rayonnement solaire et distille l’eau
  • Les sels et minéraux restants migrent vers les côtés non traités du panneau, c’est-à-dire la zone passive, sans obstruer la zone active
  • Cette architecture a été conçue pour éviter que le sel ne bloque la zone active et n’interrompe le dessalement continu

Exploiter l’effet « coffee ring » et transformer les déchets en ressources

• Exploiter l’effet « coffee ring »

  • Des recherches antérieures sur le dessalement solaire ont montré de bons résultats en laboratoire avec de l’eau de mer simulée composée uniquement d’eau et de chlorure de sodium
  • Quand l’eau s’évapore, le chlorure de sodium cristallise sous une forme particulaire et poreuse, ce qui permet à l’eau de traverser et de redissoudre le sel, tout en facilitant le nettoyage des panneaux solaires
  • L’eau de mer réelle a une composition bien plus complexe, ce qui tend à poser problème lors des tests sur le terrain
  • Des composants de l’eau de mer, comme les substances à base de magnésium et de calcium, cristallisent à la surface des panneaux solaires sous forme de croûtes dures et non poreuses qui obstruent la surface
  • C’est le même phénomène que lorsque des pommes de douche se bouchent ou qu’une bouilloire s’entartre avec le temps, sauf que l’eau de mer contient des centaines de fois plus de sels que l’eau du robinet
  • L’équipe de recherche a gravé avec précision les rainures du métal noir afin que les différents sels et minéraux de l’eau de mer puissent se détacher de la surface
  • L’effet d’anneau de café désigne le phénomène par lequel, après le séchage d’une goutte de café sur une surface, un anneau de particules de café concentrées reste sur les bords
  • Le même principe est utilisé ici pour déplacer les sels vers la zone passive
  • Des tests sur des échantillons d’eau du Pacifique, de l’Atlantique et de l’océan Indien ont confirmé l’auto-nettoyage de la surface
  • Tout en extrayant l’eau douce, les sels restants sont envoyés vers la zone passive, où ils peuvent ensuite être récupérés
  • Ce processus n’entraîne aucune baisse d’efficacité du panneau

• Transformer les déchets en ressources

  • L’un des avantages marquants de cette nouvelle méthode de dessalement est qu’au lieu de produire une saumure à traiter ou à éliminer, elle extrait presque 100 % du sel sous forme solide
  • Cela pourrait constituer une source abondante de sel de table, mais aussi servir à extraire des minéraux plus précieux, comme le lithium des batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques et les appareils électroniques
  • Un article connexe du Journal of Materials Chemistry A présente une méthode permettant, avec le même panneau solaire superhydrophile, de séparer le lithium des autres sels pendant le processus de dessalement
  • Le procédé consiste à insérer des nanoparticules de titanate d’hydrogène dans les micro-rainures de la surface en métal noir afin de séparer le lithium des autres sels et minéraux
  • Selon Guo, comme l’extraction du lithium à partir du sol est très coûteuse sur le plan énergétique et environnemental, l’obtention directe du lithium à partir d’eau salée pourrait devenir une voie importante pour l’avenir
  • Dans une expérience menée sur des échantillons d’eau du Great Salt Lake, environ 50 % du lithium a été extrait des sels restants après le dessalement
  • La technologie de dessalement superhydrophile a été démontrée dans un dispositif de petite taille comme preuve de concept, et Guo estime qu’elle peut être mise à l’échelle afin d’améliorer l’accès à l’eau potable dans le monde et la durabilité des chaînes d’approvisionnement en minéraux précieux

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Avis sur Hacker News

• Le dessalement exige une énergie minimale fondamentale
  Autrement dit, on ne peut pas faire mieux qu’une énergie inférieure à celle que l’on pourrait récupérer si l’eau dessalée, soumise à la pression osmotique vers la saumure restante, poussait un piston en sens inverse, et cette valeur est élevée
  Cet article repose sur une méthode thermique, donc sans entrée électrique, mais pour revendiquer un bon rendement, il faudrait comparer avec l’usage de la même surface en panneaux solaires alimentant une installation classique
  Si je comprends bien, l’osmose inverse existante est déjà assez proche de l’optimum théorique du point de vue énergétique, et la principale difficulté est surtout opérationnelle : résoudre l’encrassement des membranes. Bien sûr, l’osmose inverse reste aussi plus coûteuse que la pluie
  Le fait de produire directement du sel cristallin est toutefois intéressant : le volume est plus faible que celui de la saumure, donc c’est plus simple à traiter et cela pourrait même avoir de la valeur

  • Les méthodes thermiques ont elles aussi besoin d’énergie, et ce substrat semble surtout efficace pour mieux préserver les propriétés d’absorption solaire que les matériaux attirant le sel
    « En testant la technique de dessalement solaire sur des échantillons d’eau du Pacifique, de l’Atlantique et de l’océan Indien, l’équipe de Guo a pu rendre la surface auto-nettoyante. Autrement dit, elle a pu extraire l’eau douce et envoyer le sel restant vers une zone passive afin qu’il puisse être récupéré plus tard, sans réduire l’efficacité du panneau »
    Ce n’est pas tant une « grande » amélioration qu’une amélioration intermédiaire, le changement d’albédo est probablement limité, et l’apport d’énergie solaire par unité de surface reste le même
    Selon le coût de ce procédé, en valeur actuelle nette, on risque d’aboutir à quelque chose d’assez proche
  • Si on peut appliquer cela aux eaux usées minières, alors ce n’est pas seulement « peut-être utile », c’est presque certainement utile
    Les lacs de drainage minier acide dissolvent toutes sortes de métaux précieux venant du sous-sol
  • Se focaliser sur le seul rendement énergétique peut faire passer à côté de l’efficacité économique
    Une usine de dessalement par osmose inverse a besoin d’électricité pour faire tourner ses pompes, et cette électricité peut être produite par des panneaux au rendement de 15 à 20 %
    S’il est possible de fabriquer des panneaux thermiques de dessalement bon marché, ils pourraient rester avantageux même avec une efficacité énergétique 6 fois plus faible, tout en évitant une usine de dessalement coûteuse et fragile et en permettant une configuration décentralisée, peu qualifiée
  • La saumure est très facile à gérer puisqu’il suffit de la repomper là où elle se trouvait au départ
    À l’inverse, le sel cristallin solide est la partie pénible
  • L’osmose inverse se situe à environ 2 à 4 fois le minimum théorique, selon la quantité d’eau rejetée que l’on accepte

• Voici l’article : https://www.nature.com/articles/s41377-026-02315-4
  On en est encore à l’échelle du laboratoire, dans un récipient en verre, et même pour de petits dispositifs, on n’en est pas encore à un système réellement exploitable
  L’affirmation majeure est que cela ne se bouche pas : l’action capillaire déplacerait le sel hors de la zone active vers une autre zone, où un mécanisme encore non développé l’éliminerait. Cette partie demande à être démontrée
  S’ils parviennent à construire quelque chose qui fonctionne pendant des années sans se boucher et sans remplacement du matériau actif, ce sera une vraie avancée
  Le traitement de surface au laser est déjà une technique connue : https://www.youtube.com/watch?v=BKYOglHYo_Y
  C’est utile lors de la préparation à la peinture : on rend une surface lisse rugueuse de manière très structurée, afin d’obtenir au final une surface peinte lisse
  Si on rugosifie au sablage, la première couche de peinture devient un peu irrégulière et il faut à nouveau poncer puis repeindre
  On a tenté la rugosification laser pour la peinture automobile, mais cela n’est pas devenu courant ; la vraie question ici est de savoir si les équipements commerciaux de traitement de surface au laser peuvent fabriquer les matériaux de ce nouveau procédé

  • Cela fait penser à la construction du canal de Panama
    La première tentative à grande échelle a échoué et a été abandonnée, mais ce que la deuxième a appris, c’est que le problème le plus difficile n’était pas de creuser, mais de déplacer la terre. Et il y en avait vraiment une quantité énorme
    À ce sujet, Path Between the Seas est un excellent livre, impossible à lâcher
  • Technologie intéressante, mais avec beaucoup de scepticisme
    Sur les photos, on voit que la surface est un peu recouverte de sel, et pour ce type de système, même cette petite quantité semble déjà trop importante
    Cela dit, j’espère que ça fonctionnera bien et que ce sera extensible

• Cela semble être le même article de l’University of Rochester qui avait reçu 20 commentaires il y a 4 jours
  https://news.ycombinator.com/item?id=48349507

• Je pense que la manière la plus efficace de « transformer l’eau de mer en eau potable », c’est la pluie
  Il suffit en gros de mieux collecter et transporter la production du plus grand dispositif de dessalement solaire du monde

  • Selon les régions, mais ralentir l’écoulement de l’eau est l’une des meilleures façons d’obtenir de l’eau douce
    Si on ralentit la vitesse à laquelle elle dévale une pente, la végétation augmente, cette végétation retient aussi l’eau, et l’eau a plus de temps pour s’infiltrer dans le sol, ce qui aide aussi les puits locaux
    On peut même complètement « terraformer » des zones désertiques : https://youtube.com/shorts/cfhbtgon4Nk?is=oAExB5UeMAsShBux
  • Cela dit, il y a des périodes sans pluie, et surtout dans les zones côtières, la capacité de dessalement peut devenir très importante

• Content de voir de la recherche venir de Rochester. Que ce soit RIT, UofR ou les écoles voisines, c’est vraiment une région sous-estimée sur le plan universitaire

  • Je suis diplômé de physique de l’UofR et j’ai aussi travaillé au LLE, donc je suis d’accord pour dire que les écoles de Rochester sont sous-estimées. Bon, je suis peut-être un peu biaisé
    Au moins dans les sciences, j’ai pu accéder à beaucoup d’opportunités difficiles à obtenir dans des écoles plus célèbres
    Cela m’a permis de poser les bases de ma vie d’une manière qui aurait été difficile ailleurs
  • C’est aussi la même université qui nous a donné les supraconducteurs à température ambiante
  • En tant qu’ancien de RIT, je suis globalement d’accord
  • Éloge aussi au Laboratory for Laser Energetics
  • Je dirais que RIT est déjà assez bien connue comme bonne école

• Question peut-être étrange, mais serait-il possible de fixer des panneaux solaires sur un déshumidificateur pour produire à grande échelle de l’eau non potable destinée à l’irrigation agricole, partout hors des déserts ? Si non, pourquoi ?

  • Pour passer à l’échelle, cela consomme beaucoup trop d’énergie et produit l’eau beaucoup trop lentement
    En général, les régions où l’air contient assez d’humidité pour envisager cette méthode ont déjà un accès plus facile à la pluie et aux eaux souterraines
  • En bref, ces problèmes sont déjà résolus depuis longtemps
    Israel dessale déjà 75 à 85 % de son eau potable, et le vrai problème est une défaillance politique et économique
    Par exemple, la California aurait pu faire de la désalinisation à grande échelle avec la technologie des années 1970 et le nucléaire, et aussi fortement étendre ses réservoirs et ses canaux, mais ne l’a pas fait
    C’est très similaire à la Rome des années 400, qui utilisait encore des aqueducs construits par des civilisations antérieures tout en ayant perdu la capacité d’en bâtir de nouveaux
  • Si par « ça marche » on entend « au sens littéral », alors 99 % des arnaques commerciales de production d’eau à partir de l’air reposent justement sur ce principe
    La raison pour laquelle ce n’est pas viable en pratique, c’est que c’est extrêmement inefficace. Pour condenser l’eau, il faut rejeter une énorme quantité de chaleur quelque part, et c’est une contrainte physique fondamentale
    En plus, les endroits où un déshumidificateur est assez efficace sont humides et, en général, n’y souffrent pas d’une pénurie d’eau aussi grave. Les déserts ont une humidité très faible, donc un déshumidificateur n’y produit presque pas d’eau
    Même un bon déshumidificateur en environnement humide consomme une puissance de l’ordre du kW pour produire à peine une dizaine de litres par jour
    Il existe sur Terre des endroits qui sont en pratique des déserts mais où un brouillard humide arrive régulièrement tôt le matin, et dans ces endroits on savait déjà capter l’eau de l’air bien avant l’invention du cycle frigorifique
    Littéralement, la désalinisation coûte moins cher
    On pourrait aussi construire une immense serre remplie d’eau de mer, la faire évaporer au soleil puis récupérer l’eau avec un déshumidificateur, mais ce serait encore absurdement inefficace. L’eau a une chaleur spécifique énorme, donc toute méthode de séparation par la chaleur consomme une quantité massive d’énergie
  • Les régions humides où cela pourrait fonctionner ont probablement déjà beaucoup d’eau
  • Cela dépend de ce qu’on entend par « fonctionner »
    Aucun déshumidificateur du marché ne peut produire assez d’eau, donc vous finirez par dépenser 80 000 dollars alors qu’il aurait simplement mieux valu faire livrer de l’eau

• Je me demande si l’association avec un effet photomoléculaire pourrait améliorer davantage l’efficacité énergétique
  https://news.mit.edu/2024/how-light-can-vaporize-water-witho...

• Je me suis toujours demandé pourquoi on ne voit pas partout sur la côte de la Red Sea des canaux remplis d’eau de mer, dont l’eau s’évaporerait sous un toit de verre pour produire de l’eau douce, tandis que le sel restant serait exploité
  sable → verre → eau de mer chauffée → eau douce + minéraux → ??? → un modèle économique semble possible
  En y ajoutant même des plantations de mangroves, je me demande si les côtes désertiques ne pourraient pas soutenir davantage de vie
  Je me demande aussi si cette technologie peut passer à l’échelle, et à quelle vitesse elle pourrait traiter l’eau. Combinée à des panneaux solaires transparents, cela pourrait devenir une technologie assez remarquable

  • Dans une idée un peu différente, il y a eu un projet consistant à prendre de l’eau de la Red Sea, à la concentrer, puis à l’acheminer vers la Dead Sea afin de stabiliser son niveau. Le niveau de la Dead Sea est un problème majeur
    Environ 1 milliard de dollars ont été dépensés, mais le projet est en suspens à cause d’un enchevêtrement de problèmes financiers, politiques et environnementaux
    https://en.wikipedia.org/wiki/Red_Sea%E2%80%93Dead_Sea_Water...
  • Si vous avez déjà été à la plage, vous connaissez l’air salé, l’odeur des algues en décomposition et le bruit des oiseaux
    Tout cela finirait collé au-dessus et au-dessous du verre, et le sel restant finirait lui aussi par s’accumuler
    Le sel restant est extrêmement agressif pour les structures et les machines chargées de le déplacer, ce qui rend aussi la réparation de grandes structures en verre pénible
    Si, après tout cela, l’eau obtenue n’est guère plus qu’un mince filet, cela n’a généralement pas beaucoup de valeur