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[Paroles d'expert] De l'eau dans le désert

Il y a 10 jours l’Unesco célébrait la Journée mondiale de lutte contre la désertification et la sécheresse pour sensibiliser l’opinion publique à cette question et aux efforts à faire au niveau international. A cette occasion découvrez les travaux d’une chercheuse de l’X sur la collecte de l’eau dans les régions désertiques.

De l’eau dans le désert

Il existe des régions très sèches, arides ou semi-arides, dans lesquelles il n’y a pas, ou peu, de pluie, mais qui sont néanmoins traversées la moitié de l’année par un épais brouillard chargé d’eau. C’est le cas des déserts côtiers, comme le désert d’Atacama au Chili ou le désert de Namib en Namibie. L’air chaud qui passe au-dessus de l’océan froid génère un abondant brouillard qui est soufflé vers les terres. Cette brume effleure les déserts sans y provoquer de précipitations, et reste sous la forme d’un nuage de gouttelettes de quelques microns de diamètre - entre 50 et 100 fois plus fines qu’un cheveu - portées par le vent. Malgré ce degré de sècheresse, on peut trouver dans ces régions des plantes voire des forêts dont le brouillard constitue la principale et parfois l’unique source d’eau. Pour la capturer, il leur faut intercepter les gouttelettes au vol, avec leurs feuilles et leurs tiges placées sur le chemin du brouillard. L’eau est ensuite directement absorbée par la plante, ou ruisselle le long des feuilles et des branches pour venir s’imprégner dans le sol. Il existe donc de véritables oasis nés du brouillard.

Récupérer l’eau du brouillard

Depuis plusieurs dizaines d’années, la récolte d’eau douce à partir de brouillard se développe au Chili, au Pérou, au Maroc, au Guatemala ou au Népal. On y dresse de grands filets sur le chemin du brouillard. Comme les tiges des plantes, les fils interceptent les gouttelettes et l’eau ruissèle le long du filet pour être collectée.

Comment attraper les gouttes au vol

Le vent est un fluide en écoulement. Lorsque l’on place un obstacle sur son chemin, il le contourne naturellement. Cependant, le filet  est un obstacle particulier car il est poreux. Il ne bloque que partiellement le vent, et une partie du brouillard le traverse si les mailles ne sont pas trop petites. Il est essentiel pour la collecte que le brouillard s’écoule suffisamment rapidement entre les mailles du filet. Plus le brouillard passe vite, meilleure est la collecte.!

En effet, une partie seulement des gouttelettes se heurtent aux fils, l’autre est déviée par l’écoulement du vent et passe librement au travers du filet. Lancées à une vitesse donnée, elles sont à la fois portées et ralenties par l’air qui exerce des frottements sur elles. Pour estimer la quantité de gouttelettes qui entreront en collision avec les fibres, il faut comparer le temps que met une goutte pour être ralentie au temps que met l’air pour contourner l’obstacle, qu’on appelle aussi temps typique de l’écoulement. Ainsi, plus le brouillard va vite, plus les gouttelettes sont rapides, et plus elles vont heurter l’obstacle : on va alors collecter plus d’eau.

Un brouillard au laboratoire

Pour comprendre ces mécanismes, nous avons construit avec Romain Labbé, doctorant, une soufflerie à brouillard au LadHyX, le laboratoire d’hydrodynamique de l’X, afin de produire un écoulement contrôlé de brume. Sur le chemin de ce brouillard, dont on connait exactement les caractéristiques comme la taille des gouttelettes, leur densité et leur vitesse, nous avons placé des filets modèles. Si les gouttelettes de brouillard sont trop petites pour êtres vues, on observe que de nombreuses gouttes apparaissent sur les fils, et grandissent au fur et à mesure que l’eau qui les percutent fusionnent, ou coalescent, avec elles. La présence de ces gouttes joue un rôle important dans la quantité d’eau collectée.

Grâce à nos expérimentations nous avons trouvé un moyen de supprimer la croissance de gouttes en utilisant une rangée de fils flexibles à la place d’un filet tissé. Lorsque les gouttes grandissent, elles forment des ponts entre les fibres. Ces ponts, dits « ponts capillaires », exercent une force qui tend à attirer les fibres l’une vers l’autre. Ce sont les mêmes forces qui collent entre eux les poils d’un pinceau mouillé. Le liquide s’étale entre les fibres et forme de longues colonnes sur lesquelles les gouttelettes de brouillard fusionnent immédiatement. Les fils deviennent des cylindres d’eau qui récupèrent toutes les gouttelettes qui les télescopent, et la collecte est plus efficace.

Impact d’un brouillard de gouttelettes sur une rangée de fibres flexibles : croissance de gouttes, fromation de ponts, effondrement et formation de colonnes liquides. Crédits : Camille Duprat et Ana Rewakowicz.

Nos recherches nous permettent ainsi de mieux comprendre les mécanismes de la collecte d’eau de brume, et ouvrent de nouvelles voies vers l’optimisation des filets à brouillard, pour efficacement capturer l’eau au vol.

Camille Duprat