Une équipe d'ingénieurs de l'Université du Texas à Austin a récemment développé une veste innovante capable de collecter l'eau potable directement dans l'air, et a simultanément lancé un système record de collecte d'eau atmosphérique à énergie solaire, qui devrait fournir une nouvelle façon portable d'utiliser l'eau pour les personnes qui manquent de sources d'eau potable. Les chercheurs affirment que cette technologie est particulièrement adaptée aux personnes qui passent de longues périodes dans la nature ou dans des zones dotées d'infrastructures faibles, notamment les randonneurs, les campeurs, les coureurs de fond, les ouvriers agricoles, les secouristes d'urgence et le personnel militaire.

Cette « veste d'eau » utilise des matériaux textiles spécialement conçus qui peuvent absorber l'humidité de l'air ambiant, guider la vapeur d'eau le long des fibres dans une unité de collecte amovible, puis chauffer et libérer l'eau à travers le dispositif de collecte d'eau pliable, pour finalement obtenir de l'eau propre qui peut être directement bue. Dans différentes conditions d'humidité, la veste peut produire environ 400 à 900 ml d'eau potable par jour, ce qui équivaut à 14 à 30 onces liquides, offrant ainsi une capacité d'approvisionnement considérable permettant aux individus d'obtenir des sources d'eau en déplacement.

Yu Guihua, l'un des responsables du projet et professeur au Département de génie mécanique du Cockrell Institute of Technology et du Texas Materials Research Institute, a souligné que dans le passé, les gens imaginaient généralement « l'extraction air-eau » comme des équipements fixes, tels que des boîtes, des dispositifs en forme de plaque ou de grands lits d'adsorption, mais cette recherche tente de « reconstruire » complètement ce type de technologie en termes de forme. Si les tissus eux-mêmes pouvaient capter l’humidité de l’air, cela ouvrirait de toutes nouvelles possibilités et applications pour l’utilisation personnelle et portable de l’eau.

Par rapport aux matériaux existants absorbant l'eau atmosphérique, ce nouveau type de textile a permis d'améliorer de trois à dix fois ses performances à grande échelle. Sa principale avancée consiste non seulement à améliorer la capacité d’absorption de l’eau, mais également à repenser le chemin de transport de l’eau dans la fibre. Grâce à une conception collaborative de la structure et des matériaux, l'équipe de recherche a permis à l'eau d'être rapidement convertie de la vapeur d'eau présente dans l'air en liquide à la surface de la fibre, puis efficacement transmise à l'intérieur du tissu, réalisant ainsi un saut du prototype de laboratoire au système portable.

Keith Johnston, co-auteur du projet et professeur de génie chimique, a souligné que la véritable clé réside dans la conception de cette « voie de transmission rapide », plutôt que de simplement fabriquer un matériau supplémentaire absorbant l'eau. C'est ce système de transmission de la vapeur d'eau à l'état liquide puis dans le tissu qui permet au matériau de fonctionner beaucoup plus efficacement que les solutions traditionnelles dans des applications pratiques, jetant ainsi les bases d'une expansion vers davantage de formes de produits telles que des vêtements, des sacs à dos, des tentes et des abris d'urgence.

L'équipe de recherche a déclaré qu'à l'avenir, elle se concentrerait sur l'exploration de l'application de cette technologie dans les loisirs de plein air, le travail sur le terrain, la réponse aux catastrophes et les zones souffrant de sécheresse ou de faibles infrastructures d'approvisionnement en eau, en s'efforçant de faire des dispositifs portables de récupération d'eau un moyen supplémentaire pour améliorer la sécurité et l'accessibilité de l'eau. Dans ce processus, la manière d'obtenir une production évolutive, la durabilité et le confort d'utilisation des matériaux tout en garantissant les performances constituera une orientation importante pour l'ingénierie ultérieure.

Parallèlement à la veste, l'équipe a également développé un dispositif portable d'extraction d'eau atmosphérique sur site, alimenté par l'énergie solaire, et réalisé des tests sur le terrain dans l'environnement chaud et aride du désert de Chihuahuan au Nouveau-Mexique et dans le climat humide d'Austin, au Texas. Les résultats des tests montrent que le système peut collecter environ 1,3 litre, ou 44 onces liquides, d'eau potable par jour dans des environnements arides et semi-humides, démontrant des capacités de production d'eau stables quelles que soient les conditions climatiques.

Calculé en fonction de l'utilisation des matériaux, ce système peut produire environ 4,3 litres d'eau par kilogramme de matériau absorbant par jour, ce qui équivaut à une production d'eau quotidienne moyenne d'environ 1,1 gallon pour 2,2 livres de matériau, battant ainsi les records rapportés dans de nombreuses études similaires précédentes. Guan Weixin, l'un des premiers auteurs de l'article, a déclaré qu'il s'agissait d'une étape importante vers « une collecte pratique de l'eau atmosphérique ». Les années d'accumulation de l'équipe, depuis la conception moléculaire jusqu'au fonctionnement réel du système, ont finalement permis de réaliser une percée en matière d'intégration sur un dispositif déployable sur le terrain.

Le cœur de ce système de prise d'eau haute performance est un tissu hydrogel spécial composé de matériaux dérivés de la biomasse, qui complète le processus d'adsorption et de libération de la vapeur d'eau avec une faible consommation d'énergie. Les hydrogels peuvent absorber la vapeur d'eau présente dans l'air et, lorsqu'ils sont chauffés par la lumière du soleil, ils peuvent libérer l'eau absorbée, puis la collecter en eau liquide par condensation, utilisant ainsi l'énergie solaire pour piloter un cycle complet de collecte d'eau.

L'équipe de recherche souligne que cette technologie a un potentiel d'application élevé dans bon nombre des régions du monde les plus pauvres en eau, telles que certaines parties de l'Afrique du Nord, du Moyen-Orient, de l'Asie du Sud et de l'Afrique subsaharienne, où il est souvent difficile de construire et d'entretenir une infrastructure d'approvisionnement en eau centralisée traditionnelle. Grâce à cette solution de prise d'eau distribuée à base de textile et de gel, les communautés isolées, les sites de secours en cas de catastrophe et les zones aux infrastructures limitées ont le potentiel d'accéder à une source d'eau potable qui ne nécessite pas de réseaux de canalisations complexes.

Des résultats pertinents ont été publiés dans deux revues, « Science Advances » et « Nature Water ». Le premier détaille la structure hiérarchique évolutive des fibres textiles pour la collecte d'eau atmosphérique personnelle et portable, et le second démontre la conception et la vérification sur le terrain d'un système de collecte d'eau atmosphérique portable, haut de gamme, alimenté par l'énergie solaire, dans différentes conditions climatiques. L'équipe de recherche estime qu'à mesure que ces matériaux et systèmes continuent de mûrir et d'être appliqués, le scénario futur selon lequel les personnes « obtiendraient de l'eau potable en portant des vêtements » dans des environnements où l'eau est rare passe progressivement de l'imagination à la réalité.