Des chercheurs de l’Université nationale de Singapour ont réussi à générer de l’électricité avec une grande efficacité à partir de l’eau de pluie en utilisant une technique simple et peu coûteuse basée sur l’écoulement de l’eau dans de petits tubes. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue ACS Central Science de la Société chimique américaine.
L’étude propose une approche innovante de la production d’énergie, fondée sur un concept appelé « écoulement en bouchon » plutôt que sur l’écoulement continu de l’eau. Les chercheurs affirment que cette découverte pourrait révolutionner l’exploitation de la pluie en tant que source d’énergie propre et renouvelable, en particulier dans les zones urbaines et les régions isolées.
Selon See Leong Soo, principal auteur de l’étude et professeur associé au département de génie chimique et biomoléculaire de l’Université nationale de Singapour, dans une déclaration exclusive à Al Jazeera Net :
« Je pense que cette technologie peut transformer notre manière de penser l’énergie, surtout à l’ère du changement climatique. Elle nous montre qu’il existe des sources d’énergie durables dans les phénomènes naturels les plus simples, comme la pluie. Nous sommes très enthousiastes quant à son potentiel. »
Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé un tube en plastique de 2 mm de diamètre et de 32 cm de long. Des gouttes d’eau tombaient d’une aiguille métallique dans le tube, conçu avec des bouchons pour simuler la pluie, avant d’atteindre un récipient.
Ce mode d’écoulement — appelé écoulement en bouchon — génère des colonnes d’eau séparées par des poches d’air, contrairement à l’écoulement continu où l’eau forme une masse fluide ininterrompue.
Soo explique que
« l’écoulement en bouchon active une chimie différente de séparation des charges, permettant de générer une quantité significative d’électricité. Cette chimie est bien plus efficace que celle observée avec un écoulement continu. »
En physique et en chimie des surfaces, une barrière essentielle à la génération de charges est la longueur de Debye, soit la distance à laquelle l’effet des charges diminue progressivement en raison des charges opposées environnantes.
Les systèmes traditionnels de production d’électricité à partir du mouvement de l’eau reposent sur la séparation des charges, mais celle-ci ne se produit que dans une couche très mince près de la surface appelée « double couche électrique », dont l’épaisseur (la longueur de Debye) est de quelques centaines de nanomètres dans l’eau.
Cela signifie que la majorité des molécules d’eau ne participent pas activement à la génération d’électricité, et plus le diamètre du tube est grand, plus cette inefficacité s’accroît. L’étude actuelle a permis de dépasser cette limite.
Soo ajoute :
« L’écoulement en bouchon implique une chimie de séparation des charges totalement différente qui va au-delà de la longueur de Debye. Au lieu de rapprocher les charges opposées, comme dans l’écoulement continu, cet écoulement les sépare spatialement, ce qui permet une génération accrue d’électricité. »
En connectant des fils à l’entrée du tube et au fond du récipient, les chercheurs ont constaté que plus de 10 % de l’énergie cinétique de l’eau tombant était convertie en électricité — un rendement très élevé comparé aux technologies précédentes. Le système a permis d’allumer 12 lampes domestiques pendant 20 secondes avec seulement 4 tubes.
Soo estime que
« cette technologie pourrait être utile dans toute région avec une bonne pluviométrie, qu’elle soit urbaine ou rurale. Nous envisageons son utilisation pour recharger des téléphones ou des batteries, et nous développons actuellement un prototype plus efficace. »
Cette innovation ne nécessite pas de centrales massives ni d’infrastructures complexes, et elle ne provoque pas de conflits internationaux comme les barrages hydroélectriques. Elle pourrait être facilement déployée sur les toits des villes ou dans des zones éloignées.
Malgré cet optimisme, les chercheurs reconnaissent qu’il reste des défis à relever, notamment l’amélioration de l’efficacité du système, l’allongement de sa durée de fonctionnement et sa résistance aux conditions climatiques variées. Soo souligne :
« L’avantage principal de notre système par rapport aux barrages, c’est qu’il peut fonctionner à très petite échelle avec des tubes d’un millimètre de diamètre seulement. Les barrages, en revanche, exigent de vastes étendues d’eau. Notre principal défi reste d’assurer un fonctionnement efficace à long terme et dans différentes conditions environnementales. »
Cette recherche pourrait également aider à expliquer un phénomène physique longtemps mystérieux : l’effet Lenard, où l’air autour d’un écoulement d’eau interrompu, comme les chutes d’eau ou une forte pluie, se charge négativement.
Conflit énergétique dans un monde arabe aride
Bien que la majorité des pays arabes soient situés dans des zones arides ou semi-arides, la pluie ne leur est pas complètement étrangère : elle tombe de façon saisonnière et peut être exploitée pour produire de l’énergie propre si les technologies adéquates sont appliquées.
Par exemple, les montagnes de l’Atlas au Maroc et les hauteurs du nord de l’Algérie et de la Tunisie reçoivent plus de 600 mm de pluie par an. Le sud de l’Arabie Saoudite, le sud de la Jordanie et le Yémen enregistrent entre 100 et 300 mm par an, surtout durant les saisons des pluies.
Même dans les régions désertiques comme le Sinaï ou le Rub al-Khali, des averses soudaines se produisent chaque année et peuvent être collectées.
On estime que le volume total de précipitations dans le monde arabe dépasse les 150 milliards de mètres cubes par an. Si seulement 1 % de cette quantité était utilisé avec des technologies d’écoulement en bouchon, comme dans cette étude, on pourrait théoriquement générer des milliers de mégawatts d’électricité par an, suffisants pour alimenter des centaines de milliers de foyers avec des installations simples sur les toits ou dans des stations locales sans avoir besoin de barrages massifs ni d’infrastructures coûteuses.
Soo conclut :
« L’énergie de la pluie est gaspillée chaque jour. Les barrages ne captent qu’une petite partie de cette énergie, car ils ne sont construits que sur les rivières et plans d’eau. La majorité des terres n’en contiennent pas. Notre technologie comble ce vide. Si nous parvenons à exploiter l’énergie de la pluie, nous ferons un pas important vers des sociétés plus durables. »
