Des scientifiques de NYU Abu Dhabi découvrent une nouvelle eau

May 29, 2023

Houssem Chaaouri/iStock

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L'eau douce est l'une des ressources les plus précieuses de notre planète, et c'est un besoin fondamental pour tous les êtres vivants. Cependant, la réalité est que l'eau douce devient de plus en plus rare dans de nombreuses régions du monde.

Selon l'ONU, plus de 2 milliards de personnes vivent sans services d'eau potable gérés en toute sécurité, et d'ici 2050, on estime que jusqu'à deux tiers de la population mondiale pourraient vivre dans des zones où l'eau est rare pendant au moins un mois de la année. Avec la croissance de la population mondiale et l'impact croissant du changement climatique, la demande en eau douce devrait continuer à augmenter alors que l'offre reste limitée.

Par la suite, les technologies innovantes offrant un moyen durable de faire face à la crise de l'eau sont également demandées. Récemment, Interesting Engineering (IE) a rendu compte d'une telle initiative par laquelle des cristaux organiques collectent l'eau de l'humidité de l'air, y compris la brume et le brouillard.

Dans l'étude, le chercheur scientifique Patrick Commins et l'associée postdoctorale Marieh B. Al-Handawi à NYU Abu Dhabi (NYUAD) ont observé pour la première fois le processus de condensation spontanée de l'eau de sa forme vapeur à liquide et se déplaçant à travers la surface d'une sublimation lente. cristal organique.

La sublimation est le processus par lequel une substance passe directement d'une phase solide à une phase gazeuse, sans d'abord devenir liquide.

Pour mieux comprendre ce que leurs découvertes pourraient signifier pour les futures technologies de récupération de l'eau, IE a interviewé le duo, ainsi que l'auteur correspondant nommé sur l'article, Panče Naumov - un leader du Smart Materials Lab et directeur du Center for Smart Matériaux d'ingénierie à NYUAD.

La session de questions-réponses suivante a été légèrement modifiée pour le flux.

IE : Dans vos propres mots, pourriez-vous décrire comment ce processus fonctionne ?

Communications :Dans ce travail, nous avons découvert un nouveau mécanisme par lequel l'humidité de l'air peut être collectée à la surface d'un cristal organique, et l'eau résultante peut se déplacer sur cette surface en raison d'une combinaison de processus physiques.

Nous avons étudié les principes de ce transport de l'eau, qui sont généraux et s'appliqueraient — en principe — à d'autres surfaces à caractère dynamique ; le concept. Par conséquent, il n'est pas spécifique au matériel utilisé dans ce travail.

Le mécanisme nécessite que la surface ait des canaux très fins et change de largeur avec le temps. Dans notre cas, cela est dû à un processus de sublimation lent où la surface du cristal passe lentement de la phase solide à la phase gazeuse.

Avec l'aimable autorisation de NYUAD

Cela modifie la largeur des canaux et, par conséquent, nous avons constaté que l'eau peut se déplacer le long des canaux. Ce mouvement amène l'eau à transporter de la poussière et d'autres particules solides sur son chemin.

IE : Pourriez-vous, s'il vous plaît, nous parler de la technologie qui a facilité votre découverte ?

Communications : Nous utilisions initialement une combinaison de techniques pour étudier les propriétés mécaniques de ce matériau, connu pour être pliable. Nous avons effectué une observation minutieuse de la surface du matériau pour pouvoir comprendre le mécanisme de cette déformation.

Dans les expériences, nous avons utilisé une combinaison de deux microscopes à haute résolution, une curiosité avec laquelle nous abordons toutes nos expériences, et un peu de chance.

Pendant que nous observions la surface des cristaux pendant la nuit, nous avons remarqué un phénomène inhabituel : des morceaux de poussière couraient le long de la surface suivant une trajectoire claire et linéaire, ce qui n'est pas prévu pour les particules solides, car elles sont généralement statiques.

Le microscope optique nous a permis de voir les grands changements macroscopiques, comme les particules en mouvement. Dans le même temps, nous avons utilisé un microscope à force atomique pour étudier les changements infimes de la surface au cours du processus, tels que le changement de forme des canaux de surface.

IE : Veuillez décrire comment les cristaux capturent l'eau (c'est-à-dire la méthode technique) à partir, par exemple, des ressources trouvées dans le désert ?

Naumov :Il faut mentionner ici qu'à ce stade, notre recherche est l'observation fondamentale d'un processus physique qui pourrait devenir la base de nouvelles technologies dans le futur.

Bien que nous puissions imaginer que ce processus soit mis en œuvre dans diverses applications d'ingénierie, nos résultats en sont au stade où davantage de recherches sont nécessaires pour traduire ce principe en dispositifs tangibles et opérationnels de collecte d'eau.

Il s'agit d'un long processus qui implique à la fois des scientifiques et des ingénieurs travaillant ensemble pour construire des dispositifs du monde réel qui seraient ensuite optimisés, testés et mis à l'échelle.

À cette première étape de la recherche, nous attendons avec impatience un parrainage et un partenariat potentiels avec les parties prenantes concernées intéressées à traduire cette découverte en applications pratiques. Nous sommes heureux de travailler avec les parties intéressées à la mise en œuvre de la nouvelle technologie.

IE : Quelles sont les applications réelles où votre méthode pourrait être utile ? c'est-à-dire qui pensez-vous bénéficierait de la méthode des cristaux ?

Al-Handawi :Au stade actuel de développement, ce nouveau mécanisme est des plus intéressants d'un point de vue scientifique fondamental, car nous avons découvert une nouvelle façon de déplacer de manière autonome l'eau sur les surfaces.

Les principes du mécanisme d'avoir une surface changeant lentement pour déplacer l'eau sont généraux. Nous pensons qu'il devrait être possible de le reproduire avec des matériaux fabriqués à dessein autres que le matériau prototype que nous avons étudié dans notre travail.

Puisqu'il s'agit d'un phénomène tellement universel, nous pourrions envisager un éventail d'applications impliquant le contact de l'eau avec des surfaces solides. Dans un cas, nous pourrions penser à de nouvelles surfaces autonettoyantes conceptuelles, où la poussière et d'autres particules seraient automatiquement essuyées lorsque l'eau se condense sur la surface.

Par exemple, on pourrait imaginer recouvrir des panneaux solaires avec des matériaux qui faciliteraient l'élimination de la poussière et du sable qui se déposent normalement dessus.

IE : Quelles sont les limites de votre recherche, y compris les défis pour passer à l'échelle ? Pourriez-vous brièvement décrire les prochaines étapes de votre approche ?

Naumov :Comme pour la traduction de toute nouvelle technologie, les limitations sont généralement liées au processus d'évaluation des performances, à l'optimisation du matériau, à la conception des dispositifs associés et, peut-être plus important encore, à la mise à l'échelle des applications du monde réel.

Chacune de ces étapes apporte des défis inhérents qui doivent être surmontés en proposant des solutions techniques adaptées. Une limite possible de cette recherche est la mise à l'échelle des conditions du monde réel.

En laboratoire, nous ne pouvions tester le matériau que sur des cristaux de taille microscopique. À l'étape suivante, cela serait mis à l'échelle en utilisant un ensemble de cristaux alignés d'une manière ou d'une autre.

Nous envisageons maintenant des approches pour relever ce défi. Nous espérons pouvoir élargir ces recherches en impliquant des sponsors externes intéressés par cette nouvelle technologie, ce qui nous permettrait d'inclure des ingénieurs qui travailleraient sur les aspects pratiques des nouvelles surfaces autonettoyantes.