Développement de membranes photothermiques robustes à double fonction à base de PPy pour la production simultanée d’eau douce et de sel

Transformer la lumière du soleil en eau potable et en sel utile

Des milliards de personnes vivent dans des régions où l’eau potable est rare, alors que les océans et les eaux usées salées nous entourent. Cette étude explore un nouveau type de membrane textile qui utilise uniquement la lumière solaire pour produire de l’eau douce à partir de sources salées ou polluées, tout en récupérant des sels précieux au lieu de les jeter. L’approche vise à réduire la consommation d’énergie, à baisser les coûts et à limiter les rejets liquides, offrant une voie pratique vers une eau plus propre et une gestion plus intelligente des ressources.

Un tissu simple qui boit la lumière

Le cœur du travail est un revêtement mince et foncé composé d’un plastique conducteur appelé polypyrrole (PPy), appliqué sur des tissus polyester courants. Quand la lumière solaire frappe le PPy, il absorbe fortement sur une large plage spectrale et la convertit en chaleur avec une grande efficacité. Les chercheurs ont utilisé une méthode sans solvant appelée polymérisation par dépôt chimique en phase vapeur pour former une couche uniforme de PPy sur des tissus tissés ou non tissés. Astucieusement, seule la face supérieure du tissu est revêtue, laissant la face inférieure hydrophile pour qu’elle puise l’eau depuis le bas, tandis que la face supérieure sombre fait face au soleil et chauffe. Cette conception maintient un flux d’eau constant vers la surface chaude tout en minimisant l’utilisation de matériaux et de produits chimiques.

Ajuster la recette pour un chauffage maximal

Pour construire la couche de PPy, l’équipe a testé plusieurs agents oxydants — des produits chimiques qui déclenchent la formation du polymère — notamment le chlorure ferrique, le chlorure de cuivre, le persulfate d’ammonium, le permanganate de potassium et le dichromate de sodium. En variant leur concentration et la très faible quantité de monomère de pyrrole utilisée, ils ont trouvé des conditions qui créent une peau continue et d’un noir profond sur les fibres. La microscopie a montré que les fibres revêtues développaient une surface rugueuse et finement texturée, ce qui réduit la réflexion de la lumière et aide à piéger plus d’énergie solaire. Les mesures optiques ont confirmé que les meilleures membranes absorbaient plus de 94 % de la lumière incidente de l’ultraviolet à l’infrarouge, bien plus que les tissus nus. Sous une illumination équivalente à un soleil (l’intensité du soleil à midi), ces membranes optimisées chauffaient rapidement à environ 60–65 °C, bien plus que le tissu non revêtu.

Stimuler l’évaporation avec une fine peau chauffée

Quand ces tissus revêtus de PPy étaient flottés sur l’eau et exposés à une lumière solaire simulée, ils augmentaient notablement le taux d’évaporation. L’eau nue sans membrane évaporait lentement, à environ 0,22 kilogramme par mètre carré et par heure. L’ajout d’un tissu non revêtu multipliait déjà ce taux par trois, mais le revêtement au PPy l’augmentait encore : jusqu’à 0,95 kg m−2 h−1 pour un tissu non tissé traité au chlorure de cuivre et 0,93 kg m−2 h−1 pour un tissu tissé traité au persulfate d’ammonium. Même si seules des quantités très faibles de pyrrole étaient utilisées, les membranes atteignaient une efficacité de conversion solaire en chaleur d’environ 57 %. Sous une illumination plus forte, équivalente à trois soleils — similaire au soleil concentré — la meilleure membrane poussait l’évaporation jusqu’à 2,91 kg m−2 h−1 tout en restant stable sur des cycles de chauffage répétés.

Eau douce au sommet, cristaux au bord

Au-delà de la production d’eau propre, ces membranes sont conçues pour aider à récupérer les sels qui deviendraient autrement des déchets. À mesure que la surface chauffe et que l’eau se transforme en vapeur, la vapeur montante est collectée et condensée sous forme d’eau quasiment pure, tandis que la solution restante devient plus concentrée. Parce que la surface en PPy est hydrophobe et rugueuse, les cristaux de sel se forment préférentiellement au bord de la zone d’évaporation plutôt que d’obstruer la zone chaude centrale. Dans des essais avec du chlorure de sodium, du sulfate de cuivre et du chlorure de fer à des concentrations réalistes d’eau de mer et de saumures, le système maintenait des taux d’évaporation élevés et produisait des anneaux de sel visibles facilement récoltables. Dans une démonstration, une membrane opérant sur une solution à 7 % de sel a récupéré 100 % du sel dissous, à un taux de collecte d’environ 58,6 grammes par mètre carré et par heure, tout en continuant à générer de l’eau douce.

Vers une eau plus propre sans liquide résiduel

En termes simples, cette recherche montre qu’un matériau peu coûteux, de type tissu, peut transformer la lumière du soleil en eau potable et en sel réutilisable, sans nécessiter de pompes haute pression, d’électronique complexe ou de grandes quantités de produits chimiques. Les membranes revêtues de PPy sont robustes, lavables et compatibles avec des saumures et des eaux usées réelles, y compris des flux acides ou alcalins. Parce qu’elles peuvent concentrer les déchets salins jusqu’à ce qu’il ne reste pratiquement plus de liquide, elles soutiennent l’objectif ambitieux de « rejet liquide zéro », où l’eau est recyclée et les solides récupérés plutôt que rejetés. Avec des travaux d’ingénierie et une montée en échelle, de telles membranes activées par le soleil pourraient jouer un rôle clé dans des systèmes décentralisés et de petite taille aidant les communautés côtières, les exploitations agricoles et les industries à sécuriser de l’eau douce tout en réduisant la pollution et les déchets.

Citation: Mahmoud, M.T., Abdel-Ghafar, H.M., El-Sherif, A.A. et al. Development of robust dual functioning PPy-based photothermal membranes for simultaneous freshwater and salt harvesting. Sci Rep 16, 5945 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35812-y

Mots-clés: dessalement solaire, membrane photothermique, production d’eau douce, récupération de sel, rejet liquide zéro