Les humains peuvent se débrouiller dans le plus simple des abris, peut gratter ensemble un repas à partir des ingrédients les plus humbles. Mais nous ne pouvons pas survivre sans eau potable. Et dans les endroits où l'eau est rare, les déserts du monde, par exemple, acheminer de l'eau à la population nécessite des prouesses d'ingénierie et d'irrigation qui peuvent être lourdes et coûteuses.

Une paire de nouvelles études de chercheurs de l'Ohio State University offre une solution possible, inspiré par la nature.

« Nous avons pensé : « Comment pouvons-nous recueillir de l'eau dans l'air ambiant qui nous entoure ? » », a déclaré Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar et Howard D. Winbigler Professeur de génie mécanique à l'Ohio State. "Et donc, nous avons regardé les choses dans la nature qui font déjà ça :le cactus, le scarabée, herbes du désert."

Leurs conclusions ont été publiées le 24 décembre dans la revue Transactions philosophiques de la Royal Society . Les travaux ont été co-écrits avec Ohio State Ph.D. Dev Gurera et avec le chercheur en ingénierie de l'État de l'Ohio, Dong Song.

Le travail de Bhushan se concentre sur la recherche de solutions inspirées de la nature aux problèmes de société. Dans ce cas, son équipe de recherche s'est tournée vers le désert pour trouver une vie qui survit malgré un accès limité à l'eau.

Le cactus, les coléoptères et les herbes du désert recueillent tous l'eau condensée du brouillard nocturne, recueillir les gouttelettes de l'air et les filtrer vers des racines ou des réservoirs, fournir suffisamment d'hydratation pour survivre.

Des gouttes d'eau s'accumulent sur sans cire, bosses hydrofuges sur le dos d'un scarabée, puis glissez vers la bouche du scarabée sur la surface plane entre les bosses. Les herbes du désert recueillent l'eau à leurs extrémités, puis canaliser l'eau vers leurs systèmes racinaires via des canaux dans chaque lame. Un cactus recueille l'eau sur ses pointes barbelées avant de guider les gouttelettes le long des épines coniques jusqu'à la base de la plante.

L'équipe de Bhushan a étudié chacun de ces êtres vivants et s'est rendu compte qu'ils pouvaient construire un système similaire, quoique plus grand, pour permettre aux humains de tirer l'eau du brouillard nocturne ou de la condensation.

Ils ont commencé à étudier les moyens par lesquels différentes surfaces pourraient collecter de l'eau, et quelles surfaces pourraient être les plus efficaces. À l'aide d'imprimantes 3D, ils ont construit des surfaces avec des bosses et des barbes, puis créé enfermé, environnements brumeux à l'aide d'un humidificateur commercial pour voir quel système a recueilli le plus d'eau.

Ils ont appris que les formes coniques recueillent plus d'eau que les formes cylindriques - "ce qui avait du sens, vu ce que nous savons sur le cactus, " Bhushan a déclaré. La raison pour laquelle cela se produit, il a dit, est dû à un phénomène physique appelé gradient de pression de Laplace. L'eau s'accumule à la pointe du cône, puis descend la pente du cône vers le bas, où un réservoir attend.

Les surfaces rainurées ont déplacé l'eau plus rapidement que les surfaces non rainurées - "ce qui semble évident rétrospectivement, à cause de ce que nous savons sur l'herbe, " a déclaré Bhushan. Dans les expériences de l'équipe de recherche, les surfaces rainurées recueillaient environ deux fois plus d'eau que les surfaces non rainurées.

Les matériaux avec lesquels les cônes étaient faits étaient importants, trop. Les surfaces hydrophobes, celles qui permettaient à l'eau de perler au lieu de l'absorber, recueillaient le plus d'eau.

"Le matériau de surface du scarabée est hétérogène, avec des taches hydrophiles entourées de régions hydrophobes, qui permet à l'eau de s'écouler plus facilement vers la bouche du coléoptère, " expliqua Bhushan.

L'équipe de recherche a également expérimenté sur une structure qui comprenait plusieurs cônes, et a appris que plus d'eau s'accumulait lorsque les gouttelettes d'eau pouvaient fusionner entre des cônes distants d'un ou deux millimètres. L'équipe poursuit ces expériences, dit Bhushan.

Jusqu'à présent, le travail a été effectué au niveau du laboratoire uniquement, mais Bhushan envisage le travail à plus grande échelle, avec des structures dans le désert qui pourraient recueillir l'eau du brouillard ou de la condensation. Cette eau, il pense, pourrait compléter l'eau des systèmes publics ou des puits, soit maison par maison, ou sur une base communautaire.

Il existe un précédent à cette idée :dans des régions du monde entier, dont le désert d'Atacama au Chili, les grands filets capturent l'eau du brouillard et la recueillent dans des réservoirs que les agriculteurs et d'autres peuvent utiliser. Ces filets ne sont peut-être pas le moyen le plus efficace de capter l'eau de l'air, Bhushan croit.

« L'approvisionnement en eau est un problème d'une importance cruciale, surtout pour les habitants des régions les plus arides du monde, " a déclaré Bhushan. " En utilisant des technologies bio-inspirées, nous pouvons aider à relever le défi de fournir de l'eau potable aux gens du monde entier, de la manière la plus efficace possible."