L’eau est un élément essentiel à toutes les formes de vie terrestres. Si dans certaines régions du monde elle est aisément accessible, dans d’autres, elle est extrêmement rare et peu abondante. Des chercheurs de l’université de l’Ohio ont mis au point un système bio-inspiré de la vie animale et végétale du désert afin de collecter l’eau à partir de l’air ambiant et du brouillard.
« Nous nous sommes posés la question : « Comment pouvons-nous récupérer l’eau de l’air ambiant autour de nous ? » » déclarent Bharat Bhushan et Howard D. Winbigler, professeurs à l’université de l’Ohio. « Et alors, nous avons observé les choses dans la nature qui font déjà cela : le cactus, le scarabée, les herbes du désert ».
Le travail de Bhushan se concentre sur la recherche de solutions inspirées par la nature aux problèmes de société. Dans ce cas, son équipe de recherche s’est tournée vers le désert pour trouver des êtres vivants qui subsistent malgré un accès limité à l’eau. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue Philosophical Transactions of the Royal Society.
Les cactus, les coléoptères et les herbes du désert capturent tous l’eau condensée dans le brouillard nocturne, recueillant les gouttelettes dans l’air et les filtrant jusqu’à des racines ou des réservoirs, fournissant ainsi une hydratation suffisante pour survivre. Des gouttes d’eau s’accumulent sur le dos des coléoptères, sur des bosses hydrofuges sans cire, puis glissent vers la bouche du coléoptère sur la surface plane située entre les bosses.
Les herbes du désert recueillent l’eau à leur extrémité, puis la canalisent vers leurs systèmes racinaires via des canaux dans chaque pousse. Tandis que le cactus recueille de l’eau sur ses pointes barbelées avant de guider les gouttelettes le long des épines coniques, jusqu’à la base de la plante.
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L’équipe de Bhushan a étudié chacun de ces êtres vivants et s’est rendue compte qu’elle pourrait construire un système similaire, bien que plus vaste, permettant aux humains d’extraire de l’eau du brouillard ou de la condensation nocturne. Ils ont commencé à étudier les moyens par lesquels différentes surfaces pourraient collecter de l’eau et celles qui pourraient être les plus efficaces.
À l’aide d’imprimantes 3D, ils ont construit des surfaces avec des bosses et des épines, puis ont créé des environnements clos et brumeux à l’aide d’un humidificateur commercial, afin de déterminer le système qui recueillait le plus d’eau. Ils ont découvert que les formes coniques recueillaient plus d’eau que les formes cylindriques.
« Cela était logique compte tenu de ce que nous savons sur le cactus » explique Bhushan. La raison est due à une loi physique appelée « pression de Laplace ». L’eau s’accumule à la pointe du cône, puis coule le long de la pente du cône jusqu’au fond, où se situe un réservoir.
Les surfaces rainurées déplaçaient l’eau plus rapidement que les surfaces non rainurées — « ce qui semble être une évidence après coup, en raison de ce que nous savons déjà sur l’herbe » indique Bhushan. Dans les expériences de l’équipe de recherche, les surfaces rainurées ont recueilli environ deux fois plus d’eau que les surfaces non rainurées.
Les matériaux dans lesquels les cônes ont été fabriqués ont également revêtu une importance. Les surfaces hydrophiles — celles qui permettaient à l’eau de perler plutôt que de l’absorber — recueillaient le plus d’eau. « Le matériau de surface du coléoptère est hétérogène, avec des taches hydrophiles entourées de régions hydrophobes, ce qui permet à l’eau de s’écouler plus facilement dans la bouche du coléoptère » explique Bhushan.
L’équipe de recherche a également expérimenté une structure comprenant plusieurs cônes et a appris que davantage d’eau s’accumulait lorsque des gouttelettes pouvaient fusionner entre des cônes distants de un ou deux millimètres. Jusqu’ici, les travaux ont été effectués uniquement en laboratoire, mais Bhushan envisage de les intensifier, avec des structures dans le désert pouvant recueillir l’eau du brouillard ou de la condensation.
Cette eau, pense-t-il, pourrait compléter les réserves d’eau des systèmes publics ou des puits, soit maison par maison, soit à l’échelle de la communauté. Il y a un précédent à l’idée : dans de nombreuses régions du monde, y compris le désert d’Atacama au Chili, de grands filets capturent l’eau du brouillard et la collectent dans des réservoirs que les agriculteurs et autres utilisateurs peuvent utiliser. Selon Bhushan, ces filets pourraient ne pas être le moyen le plus efficace de capter l’eau du ciel.
« L’approvisionnement en eau est une question cruciale, en particulier pour les habitants des régions les plus arides du monde. En utilisant des technologies bio-inspirées, nous pouvons aider à relever le défi de fournir de l’eau propre aux populations du monde entier, de la manière la plus efficace possible » conclut Bhushan.