Selon les Nations Unies, 2,2 milliards de personnes n'ont toujours pas accès à une eau potable gérée en toute sécurité – ce qui signifie que beaucoup doivent marcher des kilomètres pour une gorgée ou payer le prix fort pour de l'eau en bouteille. Pour répondre à la demande, des régions allant de la Californie à certaines parties du Moyen-Orient se sont tournées vers des usines de dessalement qui transforment l'eau de mer en eau douce, mais le processus est coûteux, énergivore et génère d'énormes volumes de saumure concentrée qui, lorsqu'elle est rejetée dans l'océan, ravage les écosystèmes marins en augmentant la salinité et en aspirant l'oxygène. C'est comme résoudre un problème tout en en créant un autre, mais en plus salé.
Des chercheurs de l'Université de Rochester, dirigés par le professeur d'optique et de physique Chunlei Guo, ont dévoilé un système de dessalement solaire qui contourne la plupart de ces maux de tête. Leur approche, décrite dans la revue Light: Science & Applications, produit de l'eau douce efficacement, ne nécessite aucun prétraitement chimique et – surtout – ne génère aucun déchet de saumure. Au lieu de cela, elle récupère presque tous les sels dissous sous forme solide, ce qui est à peu près aussi proche que la science a pu l'obtenir d'avoir à la fois son eau de mer et la boire.
Le système repose sur des panneaux solaires en métal noir texturé avec des lasers femtosecondes. Ce traitement confère à la surface deux super-pouvoirs : elle absorbe presque toute la lumière solaire entrante et devient super-mouillante – ce qui signifie qu'elle aime l'eau presque autant qu'un marathonien déshydraté. Une région active gravée au laser aspire une fine couche d'eau de mer à travers le panneau. La lumière du soleil évapore l'eau, qui est distillée en eau douce, tandis que les sels et minéraux dissous sont guidés vers des régions passives non traitées, empêchant l'accumulation qui obstrue normalement les technologies de dessalement moins performantes.
Guo note que de nombreux systèmes de dessalement thermique solaire fonctionnent bien en laboratoire avec de l'eau de mer simplifiée composée uniquement d'eau et de chlorure de sodium. Mais les océans réels contiennent du magnésium et du calcium, qui forment des croûtes dures et denses lorsqu'ils cristallisent – un peu comme le tartre dans une bouilloire, sauf que l'eau de mer est bien plus concentrée. Pour y remédier, l'équipe a conçu des rainures microscopiques sur la surface métallique noire qui encouragent les sels à migrer loin de la zone active avant qu'ils ne s'accumulent, en exploitant l'effet de bord de tasse de café – le même phénomène qui laisse cette vilaine tache brune sur votre table après un renversement. « Si vous renversez du café sur une surface, l'eau finit par s'évaporer et il reste un anneau sur le bord extérieur », explique Guo. « Nous utilisons ce même principe pour faire avancer les sels vers la région passive. »
Testé avec de l'eau des océans Pacifique, Atlantique et Indien, la surface s'est nettoyée en continu, extrayant de l'eau douce tout en dirigeant les sels vers des zones passives où ils pouvaient être collectés sans perte de performance. L'un des plus grands avantages : les solides récupérés pourraient fournir des minéraux précieux comme le lithium, un ingrédient clé des batteries de véhicules électriques. Dans une étude connexe dans le Journal of Materials Chemistry A, Guo et ses collègues ont intégré des nanoparticules d'hydroxyde de titane dans les rainures du métal pour isoler sélectivement le lithium des autres sels. En utilisant l'eau du Grand Lac Salé de l'Utah, ils ont récupéré environ 50 % du lithium contenu dans les sels résiduels. « L'extraction du lithium de la Terre s'est avérée très éprouvante d'un point de vue énergétique et environnemental », déclare Guo, « donc extraire le lithium directement de l'eau salée pourrait être une voie très importante à l'avenir. »
La technologie n'est encore qu'une preuve de concept, mais Guo estime qu'elle peut être considérablement étendue, augmentant potentiellement l'accès à l'eau potable tout en créant des sources plus durables de minéraux critiques. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation, la Fondation Bill & Melinda Gates et le Worldwide Universities Network. Les contributeurs supplémentaires incluent le scientifique principal Subash Singh, l'ancien élève Ran Wei '24, les doctorants Luheng Tang et Tainshu Xu, et Mingjiang Ma de l'Institut d'optique.