Qu'obtenez-vous lorsque vous croisez une nouvelle approche de la collecte de l'eau avec un léger brouillard ? La réponse :beaucoup plus d'eau que prévu.

Le développement de la harpe des brumes, un jumelage interdisciplinaire d'ingénierie et de conception biomimétique de Virginia Tech, a été signalé pour la première fois en 2018. L'espoir derrière le développement de la harpe du brouillard était simple :dans les régions du monde où l'eau est rare mais le brouillard est présent, tirer de l'eau utilisable du brouillard pourrait devenir une option durable. Alors que les filets antibrouillard sont déjà utilisés, l'efficacité supérieure de la harpe du brouillard pourrait augmenter considérablement le nombre de régions dans le monde où la récolte du brouillard est viable. La différence réside dans l'étrange capacité de la harpe à brume à tirer de l'eau d'un brouillard moins dense que ses prédécesseurs.

L'approche en partenariat a été une combinaison d'une nouvelle conception avec la science existante. La science a été initiée avec le professeur adjoint Jonathan Boreyko du département de génie mécanique du College of Engineering. Son groupe a émis l'hypothèse de l'approche de la harpe et a caractérisé la performance des prototypes de harpe. Le développement du design a été dirigé par le professeur agrégé Brook Kennedy du Département de design industriel du Collège d'architecture et d'études urbaines. Le développement de produits et la connaissance des matériaux de Kennedy ont amené le projet au point où il a pu être prototypé et testé dans des environnements réels. Les premiers financements provenaient de l'Institute for Creativity, Arts, et la technologie.

"Des milliards de personnes sont confrontées à la pénurie d'eau dans le monde, " a déclaré Kennedy. " Nous pensons que la harpe de brume est un excellent exemple d'une méthode relativement simple, invention low-tech qui tire parti des connaissances de la nature pour aider les communautés à répondre à leurs besoins les plus élémentaires."

La conception "harpe" utilise des fils parallèles pour collecter l'eau ambiante du brouillard, alors que la technologie actuelle utilisée dans le monde entier repose principalement sur un tamis à mailles. La théorie éprouvée en laboratoire pour le nouvel appareil était que les fils parallèles sont plus efficaces pour collecter l'eau, éviter les obstructions et améliorer le drainage dans le collecteur. Les premiers tests à petite échelle des chercheurs ont montré que dans des conditions de brouillard élevé, leurs harpes dépassaient celles à mailles d'un facteur de deux à un.

Les tests se sont ensuite littéralement déplacés sur le terrain. Dans les champs ouverts de la ferme Kentland de Virginia Tech, Brandon Hart, alors étudiant de premier cycle, a construit des structures couvertes pour empêcher les précipitations d'avoir un impact sur les découvertes. Sous ces couvertures, des harpes de brume ont été placées côte à côte avec trois récolteuses à mailles différentes :une avec des diamètres de fil équivalents à la harpe, un avec une taille de fil plus optimale pour la récolte, et un autre utilisant un maillage Raschel - un maillage constitué de rubans à panneaux plats en réseaux en forme de V entre des supports horizontaux. Ce maillage en forme de V est actuellement le plus populaire parmi les sites de collecte de brouillard à travers le monde.

Alors que des conditions de brouillard épais ont été utilisées dans le laboratoire, les conditions réelles de brouillard entourant Virginia Tech sont généralement beaucoup plus légères. Au début des essais sur le terrain, Boreyko et Kennedy étaient sceptiques quant au fait que le brouillard disponible fournirait les commentaires dont ils avaient besoin pour effectuer des tests adéquats. Ils ont été agréablement surpris.

Alors que le brouillard commençait à rouler sur les collines de la vallée de la New River, les harpes des brumes montraient toujours des résultats. Dans un mince brouillard, les tuyaux de collecte des collecteurs à mailles étaient complètement dépourvus de gouttes. Même si la densité du brouillard augmentait, les harpes ont continué à surpasser leurs compagnons. Selon la densité du brouillard, cela allait de deux fois plus de production à près de 20 fois.

Réunir des études de laboratoire et des données de terrain, les chercheurs ont déterminé que le potentiel de collecte est le résultat de plusieurs facteurs. Le plus important d'entre eux est la taille des gouttelettes d'eau collectables entre le filet et la harpe. A récolter dans les deux cas, l'eau doit s'accrocher au grillage ou à la harpe au passage de l'air, descendant dans les points de collecte par gravité. Les harpes de brume n'utilisent que des fils verticaux, créant un chemin sans entrave pour les chutes mobiles. Collecteurs de mailles, par contre, avoir une construction à la fois horizontale et verticale, et les gouttelettes d'eau doivent être nettement plus grosses pour traverser les pièces horizontales. Lors d'essais sur le terrain, les collecteurs de mailles avaient systématiquement besoin de gouttelettes atteignant une taille environ 100 fois plus grande que celles des harpes avant de descendre. L'eau qui ne tombe jamais s'évaporera simplement et ne pourra pas être récupérée.

"Nous savions déjà que dans un épais brouillard, nous pouvons obtenir au moins deux fois plus d'eau, " a déclaré Boreyko. " Mais réaliser dans nos tests sur le terrain que nous pouvons obtenir jusqu'à 20 fois plus d'eau en moyenne dans un brouillard modéré nous donne l'espoir que nous pouvons considérablement augmenter l'étendue des régions où la récolte du brouillard est un outil viable pour se décentralisé, eau fraiche."