Une voie prometteuse pour faire face aux pénuries d'eau potable en période de sécheresse

Une équipe multidisciplinaire et internationale de recherche, dont font partie P^r Len MacGillivray, titulaire de la Chaire d'excellence du Canada en ingénierie des cristaux pour la chimie verte et les matériaux durables, et la doctorante Nevindee Samararathne, a réalisé une percée dans le domaine de la chimie : sous l'effet des rayons UV, des cristaux composés d'un matériau métallo-organique non poreux ont la capacité de capter l'eau présente dans l'atmosphère. Le résultat en laboratoire représente une avancée prometteuse pour remédier à la pénurie d'eau potable en période de sécheresse, un problème aggravé par les changements climatiques.

Les cristaux sont composés d'atomes et de molécules organisés dans un espace tridimensionnel. Ces solides sont pleins : aucun espace vide n'y est naturellement présent. Cette caractéristique s'explique par la présence de liaisons empilées dans chaque cristal, des molécules composées de doubles liaisons carbone-carbone. D'autres liaisons sont équipées de groupes flexibles, comparables à des articulations. Ainsi, lors de la cristallisation, elles comblent tout l'espace disponible, de sorte que le matériau ne contient aucun vide où de l'eau pourrait se loger.

En laboratoire, une réaction chimique, générée par les rayons UV, change la donne. Lorsque la lumière frappe les liens empilés, elle les double et les transforme en anneaux à quatre bras.

La réaction, créée par les rayons UV, fait bouger les atomes à l'intérieur du cristal, qui forment une cavité. Cette cavité, qui est en fait un vide, est hydrophile; ainsi, l'eau présente dans l'atmosphère près du cristal est littéralement aspirée à l'intérieur. C'est fantastique.

P^r Len MacGillivray

C'est grâce à la méthode de diffraction des rayons X que les chercheurs ont pu observer les cavités remplies d'eau maintenant présentes à l'intérieur du cristal.

Des propriétés avantageuses

Le professeur Omar Yaghi, de l'Université de Californie à Berkeley, pionnier de la chimie réticulaire, a avancé il y a quelques années l'idée que des matériaux pourraient être utilisés pour aspirer l'eau de l'air afin de la rendre accessible aux populations y ayant un accès limité. Une structure métallo-organique qu'il a créée, contenant des milliers de minuscules pores ouverts, permet l'accumulation d'eau même par temps sec en utilisant une source d'énergie très faible. Cette structure permet de récolter efficacement le précieux liquide, mais opter pour des cristaux métallo-organiques sans pores et réactifs, comme l'a fait l'équipe de P^r MacGillivray, présente certains avantages. Comme les cavités cristallines sont fermées, l'eau est piégée à l'intérieur. Les cristaux peuvent donc être facilement déplacés d'un endroit à un autre. De plus, leur plus grande force de succion pourrait leur permettre de récolter un plus grand volume d'eau lors des périodes de sécheresse sévère.

Pour P^r MacGillivray et les autres membres de l'équipe de recherche, des défis subsistent avant de mener des tests à plus grande échelle. Actuellement, les cristaux, une fois la réaction effectuée, contiennent 5 % de leur poids en eau. L'idée serait d'agrandir les cavités afin que plus de molécules d'eau puissent s'y accumuler. De plus, des tests doivent être effectués pour déterminer si l'eau présente dans les cavités peut être recueillie simplement par d'autres expositions aux rayons UV.

Références

• Samararathne N.A., Proserpio D.M., Reinheimer E., Effaty F., Alkhidir T., Mohamed S. and MacGillivray L.R. (2026) : Photo Capture of Water by Single Crystals of a Nonporous Metal–Organic Material. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c01019 
• de la Garzia, Alejandro (2026) : A World Renowned Chemist Wants to Suck Water, and Carbon, Out of the Air. Time Magazine. https://time.com/collections/ecopreneurs/6312091/chemist-omar-yaghi-is-on-a-quest-to-eliminate-water-scarcity/