Condensation sur des surfaces nano-texturées : application à la collecte d’eau de rosée

Maxence Thorey1,⋆^{1,\star}, Frédéric Filaine1^{1}, Anne Mongruel2^{2}, Daniel Beysens2^{2}, Laurent Royon1^{1}
⋆^{\star} : maxence.thorey@u-paris.fr
1^{1} Laboratoire Interdisciplinaire des énergies de demain (LIED)
2^{2} Laboratoire physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH)
Mots clés : eau de rosée, Black Silicon, refroidissement radiatif
Résumé :

Dans les zones arides ou désertiques, l’eau de rosée apparaît comme étant une source alternative ou complémentaire d’eau potable, qui présente l’avantage de condenser de manière passive, grâce à un échange radiatif avec le ciel la nuit. Les rendements de la collecte d’eau de rosée sont fortement influencés par les conditions météorologiques telles que la température ambiante, l’humidité relative, la nébulosité ou la vitesse du vent, mais aussi par les propriétés physiques et morphologiques des substrats utilisés. En effet, le refroidissement radiatif est dépendant des propriétés émissives d’un matériau, et plus particulièrement dans la gamme de longueur d’onde correspondant au rayonnement infrarouge moyen (entre 8 et 13 micromètres). Ce domaine spectral correspond à la fois au maximum d’émission d’un corps gris à température ambiante mais aussi à des longueurs d’onde où l’atmosphère transmet le rayonnement de manière efficace, c’est ce qu’on appelle la fenêtre atmosphérique. De plus, les propriétés de mouillage conditionnent (1) le régime de condensation de l’eau qui peut être sous forme de gouttes ou de film, (2) la nucléation hétérogène mais également (3) le déplacement des gouttes pour la collecte. Les rendements observés pour la collecte d’eau de rosée dans des conditions in situ sont de l’ordre de 0,4 L/m²/nuit, alors que le rendement théorique maximal est estimé à 1L/m²/nuit. C’est pourquoi cette étude, qui s’inscrit dans le cadre du projet ANR METAWATER, propose d’observer l’influence des propriétés météorologiques, des propriétés radiatives et des propriétés de mouillage sur le taux de condensation d’eau de rosée. Les substrats utilisés sont des surfaces à base de silicium modifiés par voie chimique en appliquant un revêtement hydrophile ou hydrophobe et par nano-texturation (Black Silicon). La condensation de l’eau de rosée sur les substrats est réalisée dans un dispositif expérimental innovant reproduisant le refroidissement radiatif en laboratoire, afin de conserver le mode du refroidissement observé dans des conditions in situ.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-133

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