Impression 3D de structures en carbone ouvertes pour la production de vapeur d’eau par distillation solaire
Le réchauffement climatique perturbe le cycle de l’eau, entraînant des sécheresses, des inondations et une raréfaction de l’eau potable. La gestion durable de cette ressource est essentielle pour limiter ces risques. La distillation solaire est un procédé qui utilise l’énergie solaire pour évaporer l’eau et la condenser, permettant ainsi d’obtenir une eau purifiée. Ce système repose sur l’effet de serre : l’eau s’évapore sous l’action du rayonnement solaire, puis se condense sur une surface froide avant d’être collectée. Il présente plusieurs avantages, notamment l’absence de consommation d’énergie fossile, un faible coût d’entretien et une adaptation aux zones isolées. Ce procédé écologique permet de produire de l’eau potable à partir d’eaux saumâtres ou contaminées, et contribue ainsi à la lutte contre la pénurie d’eau.
Des structures de carbone biosourcées, réalisées par impression 3D, caractérisées par une macroporosité ouverte, ont été utilisées pour améliorer la production de vapeur par distillation solaire. Ces structures 3D ont été imprimées par stéréolithographie laser à l’aide d’une résine acrylate-tannin. Après pyrolyse et activation physique éventuelle, les structures de carbone 3D résultantes ont été utilisées comme évaporateurs solaires. L’activation avec du et de la vapeur d’eau a permis d’obtenir des structures de carbone en 3D présentant une surface spécifique élevée et une teneur en oxygène accrue, ce qui a permis d’augmenter la sorption de l’eau. Les performances d’évaporation solaire ont atteint 2,45 kg m² h-¹ sous une illumination solaire et un faible flux de convection, 0,3 m s-¹, et ont augmenté à 7,32 kg m² h-¹ en utilisant un flux de convection forcée, 4,5 m s-¹. Ces résultats montrent que les matériaux carbonés imprimés en 3D sont des architectures prometteuses pour l’évaporation solaire, en particulier dans un système complet de distillation de l’eau avec un flux d’air forcé.
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