Dessalement solaire sans saumure : une plaque d’aluminium qui sépare l’eau et les sels

Oui, il est possible de dessaler l’eau de mer avec la seule chaleur du soleil sans rejeter de saumure : des chercheurs de l’université de Rochester, aux États-Unis, ont mis au point une plaque d’aluminium texturée au laser qui évapore l’eau et récupère les sels sous forme solide. Publié dans la revue Light: Science & Applications, le procédé reste pour l’instant au stade du laboratoire et d’un petit prototype.

Pourquoi la saumure pose problème

Rendre l’eau de mer utilisable impose de séparer l’eau des sels qu’elle contient. Les procédés de dessalement courants produisent, à côté de l’eau douce, une saumure : un liquide plus concentré en sels que l’eau de départ. Sa gestion est un enjeu environnemental, en particulier lorsqu’elle est rejetée dans le milieu marin.

L’équipe de Luheng Tang, Subhash C. Singh et Chunlei Guo a choisi une autre voie : évaporer l’eau directement grâce au rayonnement solaire et récupérer les sels à l’état solide. Toute la difficulté consiste à faire durer l’opération sans que les dépôts finissent par boucher le dispositif.

Une plaque métallique qui attire l’eau

Le cœur du système est une fine plaque d’aluminium dont la surface a été travaillée avec un laser à impulsions ultracourtes, dites « femtosecondes ». Ce traitement crée des rainures microscopiques et des structures encore plus fines, qui donnent au métal deux propriétés : il absorbe très fortement la lumière du soleil et il fait circuler l’eau par capillarité.

La capillarité, c’est le phénomène qui permet à un papier absorbant de se mouiller au-dessus du niveau d’un liquide. Ici, l’eau de mer remonte sur la plaque, même inclinée, et forme une pellicule mince. Le soleil chauffe cette surface noire et évapore l’eau, sans avoir à chauffer tout le réservoir.

Du solaire thermique, pas du photovoltaïque

La lumière est ici convertie en chaleur pour séparer l’eau des sels. Le panneau noir n’est pas un module photovoltaïque et ne produit pas d’électricité.

Faire pousser les cristaux au bon endroit

Quand l’eau s’évapore, les sels restent et peuvent former une croûte. Les chercheurs rappellent qu’un dispositif efficace avec une simple solution de chlorure de sodium ne l’est pas forcément avec de l’eau de mer réelle, qui contient aussi des composés de magnésium et de calcium favorisant l’obstruction des passages d’eau.

Leur réponse : des rainures assez profondes et larges pour que le liquide continue de circuler. Les sels cristallisent alors surtout sur les zones périphériques, loin de la surface active. Deux phénomènes se combinent :

• un effet comparable à l’anneau que laisse une goutte de café en séchant, où les mouvements du liquide transportent les matières dissoutes vers les bords ;
• une progression des cristaux, alimentée par une fine pellicule d’eau qui dissout localement le sel puis le redépose plus loin.

Les dépôts croissent ainsi vers l’extérieur, et la zone d’évaporation reste disponible. Il suffit ensuite de gratter les bords pour récupérer les sels.

Des performances stables pendant une semaine

Sous un éclairage de laboratoire équivalent à un soleil, soit 1 000 W/m², les chercheurs mesurent un débit moyen d’évaporation de 1,76 kg d’eau par mètre carré et par heure, avec une récupération d’environ 62 grammes de sels par mètre carré et par heure. Le rendement de conversion de l’énergie solaire en évaporation atteint environ 74 %. Ces valeurs figurent telles quelles dans l’article scientifique publié dans Light: Science & Applications.

Ces performances se maintiennent sur un essai de sept jours. La quasi-totalité des sels associés à l’eau évaporée est récupérée sous forme solide, et la salinité du réservoir reste stable : aucun sel ne retourne dans l’eau et aucune saumure n’est à évacuer.

Ces chiffres décrivent l’évaporation. Pour obtenir de l’eau douce, il faut encore condenser la vapeur et la recueillir.

Un petit prototype testé en extérieur

L’équipe a placé la plaque sous un dôme transparent : la vapeur se condense sur la paroi intérieure, puis l’eau est collectée. L’orientation de la plaque peut être ajustée pour suivre le soleil ; pendant l’essai extérieur, ce réglage était fait toutes les heures.

Sur une journée de neuf heures, le prototype, d’une surface active de seulement 9 cm², a recueilli 9,3 grammes d’eau douce, soit environ 10,3 litres par mètre carré rapportés à la surface active. Ce calcul ne vaut pas démonstration d’une installation d’un mètre carré : le changement d’échelle reste à valider.

Des eaux prélevées dans les océans Atlantique, Indien et Pacifique ont aussi été testées, avec des performances proches.

Des sels à valoriser, une industrialisation à construire

Les sels récupérés pourraient devenir une ressource complémentaire. Mais le mélange obtenu n’est pas, en l’état, une production de métaux purifiés : leur séparation et leur valorisation demanderaient d’autres étapes.

Avant toute exploitation commerciale, il faudra évaluer la durabilité sur de longues périodes, la fabrication des surfaces à grande échelle, la collecte de l’eau et les coûts. La faible salinité mesurée ne suffit pas non plus, à elle seule, à prouver une conformité complète aux exigences de potabilité.

L’intérêt de ces travaux est néanmoins net : ils montrent qu’on peut associer évaporation solaire et récupération des sels, sans additif dans le procédé principal et sans encrassement rapide avec de l’eau de mer réelle. Pour situer le solaire thermique dans le paysage énergétique, l’ADEME publie de nombreuses ressources sur les usages de la chaleur renouvelable.

Questions fréquentes

Ce dessalement solaire utilise-t-il des panneaux photovoltaïques ?

Non. Le procédé de l’université de Rochester relève du solaire thermique : une plaque d’aluminium noircie au laser transforme la lumière en chaleur pour évaporer l’eau de mer. Elle ne produit pas d’électricité.

Pourquoi ce procédé ne produit-il pas de saumure ?

Les sels contenus dans l’eau de mer cristallisent sur les bords de la plaque au lieu de rester dans un liquide concentré. Ils sont récupérés sous forme solide par grattage, et la salinité du réservoir reste stable.

Quelle quantité d’eau douce ce dispositif peut-il produire ?

Le prototype extérieur de 9 cm² a recueilli 9,3 g d’eau douce en neuf heures, soit environ 10,3 litres par mètre carré de surface active sur la journée. Les chercheurs n’ont pas encore démontré ce résultat sur une installation d’un mètre carré.

Cette technologie est-elle prête à être commercialisée ?

Non. Elle reste au stade du laboratoire. Il faut encore valider la durabilité, la fabrication à grande échelle, la collecte de l’eau, les coûts et la potabilité de l’eau produite.