Peut-on extraire de l'eau potable de l'air avec pour seule énergie le soleil ? Telle est la question à l'origine de notre projet mené dans le cadre du Programme TÜBİTAK de soutien aux start-ups de R&D des PME (1507), projet n° 7230226, qui s'est déroulé de janvier 2023 à juin 2024. Chez Innorma R&D, la start-up de R&D de Solimpeks installée dans la zone technologique InnoPark, nous avons développé un prototype autonome qui récolte l'humidité atmosphérique grâce à l'énergie solaire, en nous appuyant sur plusieurs années de travaux sur les systèmes de rafraîchissement économes en énergie et les capteurs solaires.
Comment fonctionne le récupérateur solaire d'eau atmosphérique ?
Le système fonctionne selon un cycle jour-nuit. Un dessiccant adsorbe l'humidité de l'air pendant la nuit ; le jour, un chauffe-air solaire (HGK) réchauffe l'air entrant pour libérer cette humidité de l'unité de dessiccant (DNT), et un condenseur à air (HSY) transforme la vapeur en eau liquide. Les températures de régénération peuvent atteindre 90 °C.
Nous avons testé trois filières de dessiccants :
| Prototype | Dessiccant | Géométrie | | --- | --- | --- | | A | Gel de silice granulaire | Unité cylindrique | | B | Composite ACFF-LiCl (développé en interne) | Nid d'abeilles sinusoïdal | | C | MOF-303 | Nid d'abeilles sinusoïdal |
Les essais en chambre climatique ont confirmé la production d'eau, avec des rendements variant selon l'humidité et la température, des résultats qui ont guidé le travail d'optimisation dans le reste du projet.
Que couvraient les quatre lots de travaux ?
WP1 : concept et simulation. Schémas des prototypes et des unités d'essai, modèles mathématiques EES pour les transferts de chaleur et de masse, débits d'air de 0,03–0,07 kg/s, SolidWorks pour la conception 3D et ANSYS CFD pour affiner les géométries (cylindrique pour A, nid d'abeilles sinusoïdal pour B et C). Conditions aux limites : irradiation de 1 000 W/m², température ambiante de 30 °C, avec un objectif de 50 % de rendement thermique dans le capteur solaire à air.
WP2 : approvisionnement et construction. Chlorure de lithium, silice et MOF approvisionnés (avec des solutions de secours contre les retards) ; capteur solaire à air construit avec des absorbeurs perforés ; unités de dessiccant en variantes cylindre granulaire et composite en couches ; condenseur en échangeur à courants croisés. Les échantillons de dessiccant ont montré une prise de masse allant jusqu'à 18 % dans le feutre de carbone.
WP3 : validation et optimisation. En comparant les simulations aux premiers essais, nous avons optimisé l'unité de dessiccant à 300 mm de largeur avec 58 couches au pas de 4 mm pour une faible perte de charge, en itérant sur les conceptions d'ailettes et les ratios de LiCl pour une meilleure cinétique sans corrosion.
WP4 : le terrain d'essai. Essais en chambre climatique à 15–35 °C et 45–60 % d'humidité relative, enregistrés par sondes PT1000 et enregistreurs de données (adsorption la nuit, désorption et condensation le jour), ainsi qu'un suivi en extérieur. Les correctifs apportés en cours de route comprenaient le colmatage des fuites, des commandes de ventilateurs séparées et de meilleurs joints de clapets.
Quels obstacles avons-nous rencontrés, et qu'avons-nous gagné ?
L'approvisionnement en MOF-303 était coûteux et délicat ; après qu'une revue de littérature a montré son potentiel à faible humidité, nous nous sommes arrêtés à 2 kg. Les simulations surestimaient les rendements : les essais à 50 % d'HR et 26 °C ont produit moins d'eau que prévu par les modèles, ce qui laisse penser à des pertes dues au vent ou à un écoulement inégal. L'agglomération du dessiccant et les fuites des joints ont imposé des reconceptions, comme des diffuseurs perforés. Nous avons gardé la construction sobre, en consacrant le budget à l'instrumentation essentielle.
Les retombées ont été tangibles. Le capteur solaire à air optimisé a atteint son objectif de 50 % de rendement, et les dessiccants composites ont adsorbé 1,2 g/g à 70 % d'HR. Les rendements étaient les plus élevés dans les conditions d'essai humides, ce qui désigne les côtes de la Turquie et le Moyen-Orient comme des zones d'application prometteuses, et nous avons acquis un savoir-faire durable en validation CFD et en formulations de composites. Un débat nocturne sur l'espacement des couches reste en mémoire : 3 mm s'obstruaient dans les prototypes, et passer à 4 mm a augmenté le débit de 20 %. Les systèmes à alimentation active conviennent aux sites raccordés au réseau dans des lieux très humides ; l'approche solaire passive est conçue pour un usage hors réseau, où elle excelle.
Qui a besoin d'eau tirée de l'air ?
Les habitants de zones rurales isolées où l'eau ou l'électricité sont difficiles d'accès, les agriculteurs qui exploitent des serres, les communautés coupées des réseaux d'approvisionnement, mais aussi les zones sinistrées, où l'accès rapide à une eau propre sauve des vies, et les ménages confrontés à des coûts élevés pour l'eau en bouteille ou livrée. Sur le plan commercial, les régions en stress hydrique comme le Moyen-Orient et l'Afrique combinent un fort ensoleillement et des sources d'eau douce limitées. Le marché a connu une croissance rapide, et l'activité de brevets, menée par les États-Unis et la Chine, a fortement augmenté depuis 2000, laissant de la place pour notre propre approche.
Cette aventure soutenue par TÜBİTAK s'est achevée avec succès en juin 2024, confirmant notre rôle dans les technologies de l'eau : de petites installations à énergie solaire peuvent puiser de l'eau dans l'air. Nous recherchons des projets pilotes ; contactez-nous si vous souhaitez collaborer.
Pour aller plus loin
- Une étude de 2024 sur les systèmes à sorbant solaires pour l'eau tirée de l'air, testant des composites en conditions arides
- Une recherche de 2025 sur les sorbants en carbone poreux dérivés de MOF pour la récolte d'eau atmosphérique en conditions arides
- Une évaluation de 2024 des performances à long terme de générateurs d'eau atmosphérique à compression de vapeur en climats arides
