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Dans les pays où les ressources hydro-électriques sont limitées, pour produire de l’électricité, ils n’ont souvent pas le choix d’utiliser des centrales au charbon, ou des centrales nucléaires. Mais le problème avec ces types d’installation, c’est qu’ils doivent être refroidis avec de l’eau. Ce qui fait perdre des doses massives d’eau douce, laquelle pourrait être utilisée pour alimenter en eau les maisons de ces pays.

Un nouveau système

Des ingénieurs du MIT croient avoir trouvé la solution pour récupérer cette eau. En effet, un nouveau système conçu par les ingénieurs du MIT pourrait fournir une source d’eau potable à faible coût pour les villes desséchées du monde entier, tout en réduisant les coûts d’exploitation de ces centrales.

Environ 39% de toute l’eau douce prélevée dans les rivières, lacs et réservoirs des États-Unis est destinée aux besoins de refroidissement des centrales électriques utilisant des combustibles fossiles ou l’énergie nucléaire, et une grande partie de cette eau finit en nuages ​​de vapeur. Mais le nouveau système du MIT pourrait potentiellement sauver une partie substantielle de cette eau – et pourrait même devenir une source importante d’eau potable propre et sûre pour les villes côtières où l’eau de mer est utilisée pour refroidir les centrales électriques locales.

Un système très simple

Le principe du nouveau système est trompeusement simple: lorsque l’air riche en brouillard est touché par un faisceau de particules électriquement chargées, appelées ions, les gouttelettes d’eau se chargent électriquement et peuvent ainsi être attirées vers une maille de fils placé sur leur chemin. Les gouttelettes se rassemblent ensuite sur ce treillis, s’écoulent dans une cuvette collectrice et peuvent être réutilisées dans la centrale électrique ou envoyées dans le système d’approvisionnement en eau d’une ville.

Ce système, qui provient à la base d’une start-up appelée Infinite Cooling, a remporté le concours d’entrepreneuriat de 100 000 $ du MIT, est décrit dans un article publié aujourd’hui dans Science Advances et coécrit par Maher Damak professeur en génie mécanique. Damak et Varanasi étaient également les cofondateurs de cette startup.

La vision de Varanasi était de développer des systèmes de récupération de l’eau hautement efficaces en capturant les gouttelettes d’eau à la fois du brouillard naturel et des panaches des tours de refroidissement industrielles. Ce projet a débuté dans le cadre de la thèse de doctorat de Damak, qui visait à améliorer l’efficacité des systèmes de collecte de brouillard utilisés dans de nombreuses régions côtières pauvres en eau potable.

Ces systèmes, qui consistent généralement en une sorte de treillis en plastique ou en métal accroché verticalement sur la trajectoire des bancs de brouillard qui roulent régulièrement depuis la mer, sont extrêmement inefficaces, ne capturant qu’environ 1 à 3% des gouttelettes d’eau qui les traversent. Varanasi et Damak se demandaient s’il existait un moyen de faire en sorte que la maille attrape plus de gouttelettes – et trouvèrent une manière très simple et efficace de le faire.

L’inefficacité des systèmes existants

La raison de l’inefficacité des systèmes existants est apparue dans les expériences de laboratoire détaillées de l’équipe: le problème est dans l’aérodynamique de ces systèmes. Comme un courant d’air franchit un obstacle, le flux d’air dévie naturellement autour de l’obstacle, tout comme l’air qui circule autour d’une aile d’avion se sépare en flux qui passent au-dessus et en dessous de la structure. Ces courants d’air déviants transportent des gouttelettes qui se dirigeaient vers le fil sur le côté, à moins qu’ils ne se dirigeaient vers le centre du fil.

Le résultat est que la fraction de gouttelettes capturée est beaucoup plus faible que la fraction de la zone de collecte occupée par les fils, parce que les gouttelettes sont balayées par des fils qui se trouvent devant elles. Le simple fait de rendre les fils plus gros ou les espaces dans un maillage plus petit tend à être contre-productif, car il entrave le flux d’air entraînant une nette diminution de la collecte.

Mais lorsque le brouillard entrant est touché d’abord avec un faisceau d’ions, l’effet inverse se produit. Non seulement toutes les gouttelettes qui se trouvent sur la trajectoire des fils tombent sur elles, mais même les gouttelettes qui visaient les trous dans le treillis sont attirées vers les fils. Ce système peut ainsi capturer une fraction beaucoup plus importante des gouttelettes le traversant. En tant que tel, il pourrait considérablement améliorer l’efficacité des systèmes de capture de brouillard, et à un coût étonnamment faible. L’équipement est simple et la quantité d’énergie requise est minime.

Ce système pourrait récupérer 570 millions de litres d’eau par an

En utilisant ce nouveau système, une centrale électrique de 600 mégawatts, selon Varanasi, pourrait capter 570 millions de litres d’eau par an, soit une valeur de plusieurs millions de dollars. Cela représente environ 20 à 30% de l’eau perdue par les tours de refroidissement. De plus, comme ces centrales électriques sont déjà en place le long de nombreuses côtes arides et que beaucoup d’entre elles sont refroidies à l’eau de mer, elles offrent un moyen très simple de fournir des services de dessalement à une fraction du coût de construction d’une usine de dessalement ordinaire.

Damak et Varanasi estiment que le coût d’installation d’une telle conversion serait d’environ un tiers de celui d’une nouvelle usine de dessalement. Le délai de récupération pour l’installation d’un tel système serait d’environ deux ans, explique Varanasi, et il n’aurait essentiellement aucune empreinte environnementale, n’ajoutant rien à celle de l’usine d’origine. « Cela peut être une excellente solution pour faire face à la crise mondiale de l’eau », explique Varanasi. « Cela pourrait compenser le besoin d’environ 70% des nouvelles installations de dessalement au cours de la prochaine décennie. »

Des preuves pour inciter les opérateurs à adopter ce système

Dans une série d’expériences, l’équipe est en train de construire une version d’essai à grande échelle de leur système pour être placée sur les tours de refroidissement de la Central Utility Plant du MIT, une centrale de cogénération au gaz naturel qui fournit la majeure partie de l’électricité, du chauffage et du refroidissement du campus. L’installation devrait être en place d’ici la fin de l’été et des essais seront faites à l’automne. Les essais incluront l’essai de différentes variations du maillage et de sa structure de support, explique Damak.

Cela devrait fournir les preuves nécessaires pour permettre aux opérateurs de centrales électriques, qui ont tendance à être conservateurs dans leurs choix technologiques, à adopter ce système. Parce que les centrales électriques ont des durées de vie de plusieurs décennies, leurs opérateurs ont tendance à « être très préoccupé par les risques » et veulent savoir « cela a-t-il été fait ailleurs? ». Ces tests de la centrale électrique du campus non seulement «encourageront» cette technologie, mais aideront également le campus du MIT à améliorer son empreinte hydrique, explique Damak. « Cela peut avoir un impact important sur l’utilisation de l’eau sur le campus. »

Source : MIT