Les scientifiques développent une méthode parallèle pour la collecte du brouillard et le traitement de l'eau

La récolte du brouillard offre aux régions dépourvues de lacs et de rivières une autre source d’eau douce, mais dans les centres urbains, où l’eau est souvent rare, se pose le défi supplémentaire de la pollution atmosphérique. Aujourd’hui, les chercheurs ont développé un moyen simple de collecter simultanément l’eau du brouillard et d’éliminer les contaminants nocifs, une avancée qui pourrait contribuer à fournir à des millions de personnes dans le monde un accès à de l’eau potable.

Comme indiqué aujourd'hui dans la revue Nature Sustainability, des chercheurs démontrent comment un treillis en acier nano-ingénierie doté d'un revêtement spécial alimenté par l'énergie solaire peut collecter les gouttelettes d'eau du brouillard, puis traiter l'eau pour la rendre potable. Le revêtement, un polymère constitué de nanoparticules de dioxyde de titane, a la capacité unique de rester réactif une fois exposé au soleil et d'éliminer la pollution, qu'il pleuve ou qu'il fasse beau, 24 heures sur 24.

Cette approche hybride et entièrement passive de la collecte et du traitement de l'eau est « une première dans son domaine », selon le chercheur principal Thomas Schutzius, professeur adjoint de génie mécanique à l'UC Berkeley. Auparavant, il était professeur assistant à l'ETH Zurich, où la plupart de ces travaux ont été réalisés.

"Avec la récupération de l'eau, nous voulons résoudre le problème de la création d'eau potable là où elle est nécessaire, mais il existe également un problème concomitant de pollution de l'air dans les centres urbains", a déclaré Schutzius. "Nous pensons que la réponse réside dans un traitement parallèle. Notre objectif était donc de développer des collecteurs de brouillard capables à la fois de collecter l'eau et d'éliminer une partie de cette pollution, en particulier la pollution organique, tout en restant passifs."

Solution toute la journée et par tous les temps

Depuis des années, les chercheurs développent des systèmes passifs pour récolter efficacement les gouttelettes d’eau microscopiques du brouillard, souvent à l’aide de grandes clôtures verticales constituées de mailles nanoscopiques tissées. Ces travaux antérieurs se sont toutefois concentrés sur le brouillard non contaminé. En milieu urbain et industriel, et même dans les zones sous le vent, les gouttelettes de brouillard peuvent être contaminées par des niveaux dangereux de polluants organiques, dont beaucoup sont liés au cancer ou à d'autres problèmes de santé graves, rendant l'eau collectée impropre à la consommation.

Thomas Schutzius, professeur adjoint de génie mécanique à l'UC Berkeley.

Pour éliminer ces contaminants des gouttelettes d’eau de brouillard capturées, les chercheurs se sont tournés vers les revêtements polymères. L'auteur principal Ritwick Ghosh, scientifique de l'Institut Max Planck de recherche sur les polymères et chercheur invité à l'ETH Zurich, avait déjà découvert qu'il était possible de traiter, dans une mesure limitée, le brouillard contaminé en utilisant des revêtements en maille contenant des nanoparticules d'oxyde métallique photocatalytiquement actives. comme le dioxyde de titane.

De tels revêtements deviennent réactifs lorsqu’ils sont exposés à la lumière du soleil et provoquent la décomposition des molécules polluantes contenues dans les gouttelettes de brouillard en agents inoffensifs, rendant ainsi l’eau collectée potable. Mais ces revêtements nécessitaient un éclairage actif et continu par une lampe ultraviolette pour faire leur travail, ce qui entravait leur capacité à traiter efficacement les polluants organiques.

Dans cette dernière étude, Schutzius et Ghosh ont franchi une nouvelle étape pour rendre le traitement entièrement passif : ils ont optimisé le revêtement de nanoparticules afin qu'il puisse continuer à traiter l'eau sans nécessiter une exposition permanente aux rayons UV.

"La clé ici est que nous pouvons rendre la surface réactive lorsqu'elle est ensoleillée, et elle reste réactive même lorsqu'elle est brumeuse ou nuageuse - présentant un comportement presque capacitif", a déclaré Schutzius, décrivant la capacité du revêtement réactif à stocker la charge, un peu comme une batterie, permettant de traiter efficacement l’eau quelles que soient les conditions météorologiques et l’heure de la journée.

Exceller dans le traitement

Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont testé deux types de revêtements, hydrophile et hydrophobe. Les deux ont donné d’aussi bons résultats en matière de collecte d’eau, mais la version hydrophile a excellé en matière de traitement.

Étant donné que le revêtement hydrophile attire l'eau, les gouttelettes d'eau collectées forment un mince film le long du maillage, permettant aux molécules polluantes de parcourir une courte distance avant de rencontrer le revêtement réactif du maillage, ce qui les entraîne ensuite à se décomposer. À l’inverse, le revêtement hydrophobe, ou hydrofuge, provoque l’accumulation d’eau en une couche épaisse sur le maillage, ce qui nécessite plus de temps pour que les particules contaminants atteignent la surface réactive.