Analyse des performances d’un système de dessalement solaire fonctionnant par humidification–déshumidification

Transformer la lumière du soleil en eau potable

L’accès à l’eau propre devient de plus en plus difficile dans de nombreuses régions arides, y compris en Égypte, où les villes et les nouvelles stations balnéaires proches de la mer ont un besoin urgent d’eau douce mais disposent de peu de rivières et de précipitations. Cette étude examine un petit dispositif alimenté par le solaire capable de transformer l’eau de mer salée en eau potable en utilisant un chauffage doux plutôt que l’ébullition intense. En mesurant avec soin le comportement de ce système dans des conditions extérieures réelles, les chercheurs montrent comment extraire davantage d’eau douce d’une même quantité d’ensoleillement tout en maintenant faibles coûts et émissions.

Pourquoi ce type de dessalement est important

Les grandes usines de dessalement alimentent déjà de nombreuses villes côtières, mais elles nécessitent des pompes haute pression, des filtres complexes et beaucoup d’électricité. Cela les rend coûteuses et difficiles à installer dans des villages isolés ou de petites communautés. Le système testé ici utilise une idée différente appelée humidification–déshumidification : au lieu de forcer l’eau de mer à travers des membranes fines, il imite le cycle naturel de l’eau. L’eau salée chauffée s’évapore dans l’air en laissant le sel derrière elle, puis cet air humide est refroidi pour que l’eau pure se condense et puisse être collectée. Comme les températures restent bien en dessous de l’ébullition et que la principale source de chaleur est le soleil, cette approche peut être plus simple, plus silencieuse et plus propre que les installations conventionnelles.

Comment fonctionne le système testé

L’équipe a construit une unité pilote sur un toit au Caire et l’a alimentée avec de l’eau réelle du canal de Suez, qui est plus salée que la moyenne des océans. La lumière solaire chauffe d’abord l’eau de mer dans un capteur solaire à tubes sous vide, élevant sa température à des niveaux comparables à ceux de l’eau de baignoire voire plus élevés. Cette eau salée chaude est ensuite pulvérisée sur un remplissage plastique à l’intérieur d’une grande caisse appelée humidificateur. En ruisselant, un ventilateur souffl e de l’air vers le haut à travers les surfaces humides, récupérant de la vapeur d’eau et devenant air chaud et humide. Cet air circule ensuite par des conduits isolés vers une seconde caisse, le déshumidificateur, où il passe sur des serpentins métalliques refroidis par de l’eau de ville. La vapeur se condense sur les serpentins et coule dans une cuve sous forme d’eau distillée prête à être stockée et utilisée ultérieurement.

Ce que les chercheurs ont mesuré

De neuf heures du matin à dix-sept heures, sur 36 jours d’essais séparés en février et mars, les chercheurs ont fait varier deux principaux réglages : le débit d’eau de mer et la vitesse de circulation de l’air. Ils ont enregistré l’ensoleillement, les températures, l’humidité de l’air et la quantité exacte d’eau douce produite chaque heure. Comme prévu, la production augmentait le matin, culminait vers midi lorsque le soleil était le plus fort, puis diminuait en fin d’après-midi. Des vitesses d’air plus élevées transportaient plus de vapeur de l’humidificateur vers le déshumidificateur, et un débit d’eau de mer plus élevé mettait plus d’eau chaude à disposition pour l’évaporation. Dans les meilleures conditions testées — débit d’eau de mer de 0,63 kilogramme par seconde et vitesse d’air de 13,2 mètres par seconde — la production quotidienne a atteint 17,04 kilogrammes d’eau distillée, soit environ 17 litres, pendant la fenêtre de fonctionnement de huit heures.

Équilibrer rendement, efficacité et coût

Au-delà de la simple production, l’équipe a examiné l’efficacité d’utilisation de la chaleur solaire reçue par le système. Ils ont utilisé une grandeur appelée gain output ratio, qui compare l’énergie stockée dans l’eau douce produite à l’énergie thermique fournie. Ce rapport, ainsi qu’un ratio de récupération qui compare l’eau douce produite à l’eau de mer alimentée, atteignaient tous deux un maximum lorsque le débit d’eau de mer et la vitesse de l’air étaient élevés mais équilibrés : une combinaison particulière offrait le meilleur compromis entre évaporation intense et condensation efficace. Dans ces conditions optimales, le gain output ratio global a atteint 1,22, indiquant qu’une récupération thermique interne au système contribuait à réutiliser l’énergie. Une analyse économique, basée sur une durée de vie estimée à dix ans et des conditions financières locales, a montré que chaque litre d’eau distillée coûterait environ 0,017 dollar américain, en supposant 340 jours ensoleillés d’exploitation par an. Parce que la chaleur provient du soleil plutôt que des combustibles fossiles, les auteurs estiment qu’environ six tonnes d’émissions de dioxyde de carbone sont évitées sur la durée de vie du système.

Ce que cela signifie pour les régions assoiffées

En termes simples, ce travail montre qu’un dispositif solaire modeste de la taille d’un toit peut transformer de manière fiable de l’eau salée de canal en eau propre à faible coût sans ajouter de gaz à effet de serre. En ajustant finement la vitesse de circulation de l’air et de l’eau de mer dans le système, les chercheurs ont identifié des conditions de fonctionnement qui maximisent la production d’eau douce et l’efficacité énergétique sous le climat réel du Caire. Bien que le volume quotidien soit trop faible pour approvisionner une grande ville, il correspond bien aux besoins de foyers isolés, d’exploitations agricoles ou de camps touristiques le long des côtes égyptiennes. L’étude fournit des chiffres pratiques que les ingénieurs et planificateurs peuvent utiliser pour concevoir la prochaine génération d’unités de dessalement petites, abordables, peu entretenues et alimentées principalement par le soleil.

Citation: Gomaa, A., Hassaneen, A.E., Ibrahim, H. et al. Performance analysis of a solar desalination system operated by humidification–dehumidification technique. Sci Rep 16, 9805 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40700-6

Mots-clés: dessalement solaire, humidification déshumidification, traitement de l’eau à petite échelle, énergie renouvelable, ressources en eau en Égypte