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Un dispositif pour récupérer l’humidité de l’air dans le désert
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Un dispositif pour récupérer l’humidité de l’air dans le désert

Dans le roman de science-fiction Dune, de Frank Herbert, les habitants de la planète désertique Arrakis utilisent des pièges à vent pour capturer l’humidité de l’air et la stocker dans des réservoirs. Ce défi technique est crucial dans les régions désertiques de notre planète pour atteindre une certaine autosuffisance en eau. Plusieurs solutions existent déjà mais elles ne sont pas dénuées d’inconvénients. Par exemple, les « filets à brouillard » condensant les brumes matinales sont efficaces… pour peu que le climat et le relief s’y prêtent. Ils sont notamment utilisés au Pérou ou aux îles Canaries, mais en réalité, peu de régions arides sont concernées ! D’autres dispositifs sont fondés sur l’absorption de l’humidité par des matériaux dessiccants comme des gels de silices ou des zéolithes, mais ils nécessitent des taux d’humidité importants (de l’ordre de 70 %, atteint dans certaines zones désertiques la nuit), ou une source d’énergie externe.

Omar Yaghi et ses collègues, de l’université de Californie à Berkeley, viennent de proposer un autre dispositif, utilisant des matériaux de type MOF (des réseaux métalloorganiques poreux), qui permet de récupérer efficacement l’eau, même avec une très faible humidité.

Facilement synthétisables, modulables, les MOF suscitent un réel engouement de la part de la communauté scientifique, notamment pour leurs propriétés de stockage de gaz comme le dihydrogène, le méthane ou le dioxyde de carbone : les nanopores qu’ils forment ont la taille et les propriétés idéales pour retenir ces petites molécules.

L’équipe d’Omar Yaghi a mis au point des MOF capables d’absorber et de stocker de grandes quantités d’eau. Ainsi le MOF-801, à base de zirconium, a des propriétés d’adsorption de l’eau remarquables. Dès 2017, des essais ont montré qu’avec un taux d’humidité faible, de l’ordre de 20 %, un kilogramme de MOF-801 captait jusqu’à 2,8 litres d’eau dans l’air. Il suffit ensuite de chauffer le matériau à 65 °C pour qu’il relargue l’eau. Dans ces conditions, cependant, il a fallu utiliser un dispositif de refroidissement externe pour collecter l’eau liquide.

Omar Yaghi et ses collègues ont modifié le MOF-801 en le chargeant avec du graphite non poreux à hauteur de 33 % de sa masse afin d’améliorer sa conductivité thermique et sa capacité d’absorption. Pour favoriser le cycle adsorption-relargage d’eau en conditions réelles, telles qu’on les trouve par exemple dans le désert de Sonora, en Arizona, les chercheurs ont exploité la variation des conditions entre la nuit (10 à 15 °C, 40 % d’humidité) et le jour (35 à 40 °C, 5 % d’humidité). Le protocole est d’une simplicité remarquable : le MOF-801 est placé sur un plateau à l’intérieur d’un récipient qui sert de collecteur d’eau. La nuit, ce récipient est ouvert : le MOF-801 se charge en eau extraite de l’air. Le jour, le récipient est fermé par un couvercle transparent et correctement orienté face au soleil. La température du MOF augmente alors considérablement, provoquant la libération de l’eau. Ainsi libérée dans l’enceinte du récipient, elle se condense sur les parois isolées de la chaleur du désert par une couche de terre, et coule au fond.

Installé dans le désert de Sonora, ce dispositif contenant 825 grammes de MOF-801 a produit 55 grammes d’eau liquide potable en un seul cycle jour-nuit. D’autres MOF moins onéreux ont montré en laboratoire des performances plus remarquables encore, autorisant les ingénieurs à imaginer une large utilisation de leur dispositif.

Un des obstacles pour l’instant est le prix du zirconium qui constitue le MOF-801. L’équipe d’Omar Yaghi a cependant annoncé qu’elle a mis au point un nouveau composé, le MOF-303, à base d’aluminium, qui pourrait avoir une capacité de piégeage de l’eau deux fois plus importante que le MOF-801. Cette nouvelle génération de MOF présente des perspectives très intéressantes.


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock.com/Jon Manjeo

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Un dispositif pour récupérer l’humidité de l’air dans le désert

Dans le roman de science-fiction Dune, de Frank Herbert, les habitants de la planète désertique Arrakis utilisent des pièges à vent pour capturer l’humidité de l’air et la stocker dans des réservoirs. Ce défi technique est crucial dans les régions désertiques de notre planète pour atteindre une certaine autosuffisance en eau. Plusieurs solutions existent déjà mais elles ne sont pas dénuées d’inconvénients. Par exemple, les « filets à brouillard » condensant les brumes matinales sont efficaces… pour peu que le climat et le relief s’y prêtent. Ils sont notamment utilisés au Pérou ou aux îles Canaries, mais en réalité, peu de régions arides sont concernées ! D’autres dispositifs sont fondés sur l’absorption de l’humidité par des matériaux dessiccants comme des gels de silices ou des zéolithes, mais ils nécessitent des taux d’humidité importants (de l’ordre de 70 %, atteint dans certaines zones désertiques la nuit), ou une source d’énergie externe.

Omar Yaghi et ses collègues, de l’université de Californie à Berkeley, viennent de proposer un autre dispositif, utilisant des matériaux de type MOF (des réseaux métalloorganiques poreux), qui permet de récupérer efficacement l’eau, même avec une très faible humidité.

Facilement synthétisables, modulables, les MOF suscitent un réel engouement de la part de la communauté scientifique, notamment pour leurs propriétés de stockage de gaz comme le dihydrogène, le méthane ou le dioxyde de carbone : les nanopores qu’ils forment ont la taille et les propriétés idéales pour retenir ces petites molécules.

L’équipe d’Omar Yaghi a mis au point des MOF capables d’absorber et de stocker de grandes quantités d’eau. Ainsi le MOF-801, à base de zirconium, a des propriétés d’adsorption de l’eau remarquables. Dès 2017, des essais ont montré qu’avec un taux d’humidité faible, de l’ordre de 20 %, un kilogramme de MOF-801 captait jusqu’à 2,8 litres d’eau dans l’air. Il suffit ensuite de chauffer le matériau à 65 °C pour qu’il relargue l’eau. Dans ces conditions, cependant, il a fallu utiliser un dispositif de refroidissement externe pour collecter l’eau liquide.

Omar Yaghi et ses collègues ont modifié le MOF-801 en le chargeant avec du graphite non poreux à hauteur de 33 % de sa masse afin d’améliorer sa conductivité thermique et sa capacité d’absorption. Pour favoriser le cycle adsorption-relargage d’eau en conditions réelles, telles qu’on les trouve par exemple dans le désert de Sonora, en Arizona, les chercheurs ont exploité la variation des conditions entre la nuit (10 à 15 °C, 40 % d’humidité) et le jour (35 à 40 °C, 5 % d’humidité). Le protocole est d’une simplicité remarquable : le MOF-801 est placé sur un plateau à l’intérieur d’un récipient qui sert de collecteur d’eau. La nuit, ce récipient est ouvert : le MOF-801 se charge en eau extraite de l’air. Le jour, le récipient est fermé par un couvercle transparent et correctement orienté face au soleil. La température du MOF augmente alors considérablement, provoquant la libération de l’eau. Ainsi libérée dans l’enceinte du récipient, elle se condense sur les parois isolées de la chaleur du désert par une couche de terre, et coule au fond.

Installé dans le désert de Sonora, ce dispositif contenant 825 grammes de MOF-801 a produit 55 grammes d’eau liquide potable en un seul cycle jour-nuit. D’autres MOF moins onéreux ont montré en laboratoire des performances plus remarquables encore, autorisant les ingénieurs à imaginer une large utilisation de leur dispositif.

Un des obstacles pour l’instant est le prix du zirconium qui constitue le MOF-801. L’équipe d’Omar Yaghi a cependant annoncé qu’elle a mis au point un nouveau composé, le MOF-303, à base d’aluminium, qui pourrait avoir une capacité de piégeage de l’eau deux fois plus importante que le MOF-801. Cette nouvelle génération de MOF présente des perspectives très intéressantes.


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock.com/Jon Manjeo

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

07 - Adèche

Du 1er mai au 15 novembre
Exposition "ENTRE TERRE ET EAU"

Crises sociales et environnementales dans le Delta du Danube en Roumanie, à la fin du Néolithique. A près de 2 000 km de l'Ardèche, comment se passe la fin de la Préhistoire au bord du fleuve et de la Mer Noire ? Une exposition franco-roumaine inédite, interactive et immersive, à découvrir à la Cité de la Préhistoire !

Grand Site de l’Aven d’Orgnac
Place Robert de Joly
07150 Orgnac–L’Aven
04 75 38 65 10
www.orgnac.com


14 - Calvados

Jusqu’au 29 février 2020
Exposition
"LES REQUINS ! 430 MILLIONS D’ANNÉES D’ÉVOLUTION"

Découvrez la grande diversité des requins, allant d’espèces de petites tailles, jusqu’aux poissons géants dont les dents sont plus grandes qu’une main humaine.
Cette exposition évoque également le grand danger auquel ils sont confrontés : l’Homme. Venez découvrir de nouvelles espèces et apprendre en vous amusant grâce à une fresque digitale.

Paléospace
Avenue Jean Moulin
14640 Villers-sur-Mer
02 31 81 77 60
www.paleospace-villers.fr


21 - Côte d'Or

Jusqu’au 6 janvier 2019
Exposition "GRAINES"

Elles sont partout… Du petit-déjeuner au coucher, dans nos vêtements, dans notre alimentation, dans nos parcs et jardins… sans même y penser elles font partie de notre quotidien et sont un pilier de la biodiversité végétale.
Cette nouvelle exposition, très ludique, propose à tous les visiteurs de découvrir une grande variété de graines d’ici et d’ailleurs et de s’interroger sur leurs enjeux dans un contexte de changement climatique et sociétal.

Le Jardin des sciences
Parc de l’Arquebuse
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


Jusqu’au 31 mars 2019

Exposition de plein air
"IMPACTS ! HOMME-NATURE"

Venez découvrir les relations homme-nature au plus près du vivant !
De l’évolution du comportement animal à celui du climat et des milieux naturels, les chercheurs de Bourgogne et de Franche-Comté tentent de comprendre le rôle de l’Homme dans ces changements. Traversez ville, campagne et forêt et voyagez jusqu’aux pôles pour observer ces recherches in vivo !

Le Jardin des sciences
Parc de l’Arquebuse
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


25 - Doubs

Du 23 novembre 2018 au 22 avril 2019
Exposition « FROID »

Véritable plongée dans l’univers du froid, l’exposition met en scène les multiples facettes du froid et plonge le visiteur dans des univers différents :
vie quotidienne, milieux extrêmes, biologie, physique, chimie, recherche, technologie, science-fiction... et l’invite à expérimenter.

Saline royale
Grande rue
25610 Arc-et-Senans
03 81 54 45 45
www.salineroyale.com


41 - Loir et Cher

Jusqu'au 31 décembre
LES JARDINS DE CHAMBORD

Le château a retrouvé en 2017 ses jardins à la française du XVIIIe siècle avec six hectares et demi au pied de la façade nord du château : plus de 600 arbres, 800 arbustes, 200 rosiers, 15 250 plantes...

Office de Tourisme de Blois-Chambord
23 place du château
41000 Blois
02 54 90 41 41
www.bloischambord.com


61 - Orne

Du 13 octobre au 23 décembre
Exposition : "LES HAIES", Joël Auxenfans

Ecomusée du Perche
Prieuré de Sainte-Gauburge
61130 Saint-Cyr-la-Rosiere
02 33 73 48 06
www.ecomuseeduperche.fr


76 - Seine Maritime

Du 15 septembre au 15 décembre
Exposition "L’abbé Pierre photographe, un regard sur le monde"

L'exposition présente soixante-dix photographies inédites prises par l’abbé Pierre lui-même dans de nombreux pays. Elles témoignent de la vitalité des personnes pauvres dans le monde et dévoilent le regard lucide et plein d’amour.

Centre abbé Pierre - Emmaüs
Route d'Emmaüs
76690 Esteville
02 35 23 87 76
www.centre-abbe-pierre-emmaus.org

Lieux:

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