Une recherche publiée dans Science Advances décrit un matériau qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles méthodes de collecte d’eau dans l’air dans des régions arides, ainsi qu’à des dispositifs pour refroidir des composants électroniques ou des bâtiments par évaporation.
«Nous n’essayions même pas de collecter de l’eau. Nous travaillions sur un autre projet testant la combinaison de nanopores hydrophiles et de polymères hydrophobes lorsque Bharath Venkatesh, un ancien doctorant de notre laboratoire, a observé l’apparition de gouttelettes d’eau sur un matériau que nous testions. Cela n’avait aucun sens. C’est alors que nous avons commencé à nous poser des questions», a déclaré Daeyeon Lee, professeur de génie chimique et moléculaire à l’Université de Pennsylvanie, aux États-Unis.
Ces questions ont conduit les scientifiques à une étude approfondie d’un nouveau type de matériau nanophore amphiphile, qui combine des composants hydrophiles et hydrophobes dans une structure nanométrique unique.
Le résultat est un matériau qui capture l’humidité de l’air et l’expulse simultanément sous forme de gouttelettes, a annoncé jeudi Europa Press.
Lorsque l’eau se condense sur des surfaces, une baisse de température ou des niveaux d’humidité très élevés sont généralement nécessaires. Les méthodes conventionnelles de collecte d’eau reposent sur ces principes et requièrent généralement de l’énergie pour refroidir les surfaces ou la formation d’un brouillard dense pour collecter passivement l’eau dans des environnements humides.
Mais le système de Lee et Patel fonctionne différemment. Au lieu de refroidir, leur matériau repose sur la condensation capillaire, un processus dans lequel la vapeur d’eau se condense dans de petits pores, même à une faible humidité. Ce n’est pas une nouveauté. Cependant, dans leur système, l’eau n’est pas retenue à l’intérieur des pores, comme c’est souvent le cas avec ce type de matériau.
Avant de comprendre ce qui se passait, les chercheurs pensaient que l’eau se condensait simplement à la surface du matériau en raison d’un artefact de leur configuration expérimentale, comme un gradient de température dans le laboratoire. Pour écarter cette hypothèse, ils ont augmenté l’épaisseur du matériau pour voir si cela affectait la quantité d’eau accumulée à la surface.
«Si ce que nous observions était uniquement dû à la condensation de surface, l’épaisseur du matériau ne modifierait pas la quantité d’eau présente», a expliqué Lee.
Cependant, la quantité totale d’eau accumulée a augmenté à mesure que l’épaisseur augmentait, démontrant que les gouttelettes d’eau formées à la surface provenaient de l’intérieur du matériau.
Plus surprenant encore, les «gouttelettes ne s’évaporaient pas rapidement, comme la thermodynamique le prédirait, mais restaient stables pendant de longues périodes».
Les scientifiques ont créé un matériau avec l’équilibre parfait de nanoparticules qui attirent l’eau et de plastique déferlant de l’eau (polyéthylène) pour créer un film de nanoparticules avec cette propriété spéciale.
«Nous avons trouvé la solution idéale», a affirmé Lee. Les gouttelettes sont liées à des réservoirs cachés dans les pores en dessous. Ces réservoirs sont continuellement réapprovisionnés par de la vapeur d’eau de l’air, créant ainsi un cycle de rétroaction grâce à cet équilibre parfait entre matériaux hydrophobes et hydrophiles.
Composés de polymères et de nanoparticules communes utilisant des méthodes de fabrication évolutives, ces films peuvent être intégrés dans des dispositifs passifs de collecte d’eau pour les régions arides, des surfaces pour refroidir des appareils électroniques ou des revêtements intelligents qui réagissent à l’humidité ambiante.
