Investigation expérimentale et numérique des performances d’alambics solaires à pente unique améliorées par des matériaux poreux absorbants : évaluations thermique, économique et environnementale

Transformer la lumière du soleil en eau potable

Pour des millions de personnes vivant dans des régions sèches et ensoleillées, l’eau salée ou saumâtre peut être abondante tandis que l’eau potable fait défaut. Un appareil simple, l’alambic solaire, peut convertir la lumière du soleil en eau douce en n’utilisant qu’une bassine peu profonde, une couverture transparente et le cycle naturel d’évaporation et de condensation. Cette étude explore comment l’ajout de matériaux poreux courants, tels qu’une éponge de cuisine ou une pierre volcanique, peut augmenter la production de ces dispositifs à faible technologie, réduire leur coût et diminuer les émissions qui réchauffent le climat.

Une boîte simple qui imite le cycle de l’eau

Un alambic solaire à pente unique est essentiellement une petite serre posée sur le côté. De l’eau salée repose dans une cuve sombre sous une couverture en verre inclinée. La lumière du soleil traverse le verre, réchauffe l’eau et provoque son évaporation. L’air humide monte, touche le verre plus froid et forme des gouttelettes qui ruissellent vers un canal de collecte sous forme d’eau distillée et consommable. Les conceptions traditionnelles sont peu coûteuses et robustes mais souffrent d’un faible rendement : même par une journée ensoleillée, elles produisent généralement moins d’un litre par mètre carré, ce qui limite leur utilité pour des familles ou des villages ayant besoin d’apports fiables.

Ajouter des éponges et des pierres pour augmenter la production

Les chercheurs ont testé trois versions de cet alambic de base dans le climat chaud et sec de Karbala, en Irak : une unité traditionnelle avec une cuve nue ; une version dont la cuve était remplie de pierre ponce, une roche poreuse et légère ; et une autre remplie d’une éponge en mélamine, une mousse très légère et fortement poreuse souvent utilisée pour le nettoyage. Ces matériaux imbibent l’eau et l’exposent à l’air à travers d’innombrables pores minuscules. Cela augmente fortement la surface où l’évaporation peut se produire, tout en modifiant la manière dont la chaleur est stockée et libérée à l’intérieur du dispositif.

Expériences sur le terrain et vérifications informatiques

Tous trois ont été opérés côte à côte en extérieur sous la lumière naturelle du soleil, en utilisant de l’eau saumâtre peu profonde similaire à celle que l’on trouve dans des puits ruraux. L’équipe a mesuré avec précision les températures de l’eau, de la vapeur et du verre, ainsi que la quantité d’eau distillée produite chaque heure. En parallèle, ils ont construit un modèle informatique détaillé des transferts de chaleur et d’écoulement à l’intérieur des alambics en utilisant un logiciel de simulation d’ingénierie. Les températures et les débits simulés correspondaient de près aux expériences — à environ 2,4 pour cent près — ce qui donne confiance que le modèle capture les phénomènes clés et peut servir à explorer les performances dans d’autres conditions.

Plus d’eau, moins de coût et un air plus propre

Les matériaux poreux ont fait une différence nette. L’alambic équipé de l’éponge en mélamine a produit environ 1,35 litre d’eau douce par jour — soit 56,9 % de plus que l’unité traditionnelle — tandis que la version à pierre ponce augmentait la production d’environ 22,9 %. Des températures plus élevées de l’eau et de la vapeur à l’intérieur des alambics modifiés se sont traduites par une évaporation accrue et une condensation plus rapide sur le verre, et la porosité extrêmement élevée de l’éponge en mélamine (plus de 99 % d’espace vide) s’est avérée particulièrement efficace. L’efficacité thermique, mesure de la part du rayonnement solaire convertie en évaporation, est passée d’environ 31,5 % pour l’alambic traditionnel à 38,2 % avec la pierre ponce et 49,3 % avec l’éponge.

Considérations monétaires, énergétiques et environnementales

Parce que ces systèmes visent des communautés à faibles revenus et hors réseau, l’équipe n’a pas étudié que la physique mais aussi l’économie et l’impact environnemental. Même en tenant compte de l’achat, de l’entretien et de la valeur de rebut éventuelle, l’alambic avec éponge en mélamine a fourni le coût d’eau le plus bas, environ 0,076 dollar US par litre, soit une baisse de 35 % par rapport à la conception traditionnelle. Son délai de récupération financier — le temps nécessaire pour que les économies liées à la production d’eau couvrent l’investissement initial — était d’environ deux ans et demi, plus court que pour l’alambic nu ou celui rempli de pierre ponce. Du point de vue énergétique, les alambics ont récupéré l’énergie utilisée pour leur fabrication en bien moins d’un an, même si la qualité de cette énergie (sa capacité à fournir un travail utile) restait limitée, reflétant une contrainte fondamentale du chauffage à basse température. Sur le plan environnemental, remplacer un dessalement ou une pompage alimentés par électricité par ces alambics solaires pourrait éviter environ 1,6 tonne métrique d’émissions de dioxyde de carbone par an pour chaque unité équipée d’une éponge en mélamine.

Ce que cela signifie pour les régions assoiffées et ensoleillées

En termes simples, remplir la cuve d’un alambic solaire simple avec une éponge poreuse et peu coûteuse le transforme en un appareil de production d’eau bien plus productif et rentable. Bien que le procédé reste surtout adapté à une utilisation à petite échelle — ménages, exploitations agricoles ou sites isolés — il offre une manière prometteuse et peu exigeante en entretien de transformer un fort ensoleillement et des eaux marginales en un flux régulier d’eau potable sûre. L’étude montre que l’utilisation judicieuse de matériaux courants peut presque diviser par deux le coût par litre, accélérer le retour sur investissement et réduire la pollution climatique, rendant les alambics solaires plus pratiques dans la lutte contre la rareté de l’eau.

Citation: Majeed, S.H., Rashid, F.L., Azziz, H.N. et al. Experimental and numerical investigation of single-slope solar still performance enhanced by porous absorbing materials: thermal, economic, and environmental assessments. Sci Rep 16, 8487 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41901-9

Mots-clés: dessalement solaire, alambic solaire, matériaux poreux, éponge en mélamine, eau hors réseau