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La plasmonique est une jeune discipline rattachée au domaine de la nanophotonique, c'est-à-dire l'étude de la lumière en interaction avec des structures nanométriques de dimensions inférieures à sa longueur d'onde. Il s'agit donc d'un mariage entre l'optique des milieux matériels et la nanotechnologie. Elle fait aussi intervenir la physique quantique car elle tire son nom de la formation de sorte d'ondes sonores au sein du plasma que constituent les électronsélectrons libres d'un métal. Ces ondes sont en réalité formées de cousins des photonsphotons, des grains d'énergieénergie, appelés phononsphonons dans un cristal et plasmonsplasmons dans un plasma.
La plasmonique peut aider à améliorer des dispositifs de production d'électricité utilisant des nanoparticules d’or et l'énergie solaire. Ces mêmes nanoparticulesnanoparticules peuvent également servir à dessaler l'eau de mer par évaporation au soleilsoleil. Le procédé est efficace mais coûteux. La technique qui a le ventvent en poupe est aujourd'hui l'osmoseosmose inverse, avec une membrane. Fiable, elle consomme moins d'énergie que la technique dite flashflash multi-étages, ou encore système flash, mise en pratique dans les pays du Golfe. Plusieurs méthodes sont actuellement connues, différant par leurs coûts, la quantité et la qualité de l'eau potable obtenue.
Une conférence de Peter Diamandis à TEDx. Selon lui, la technologie pourrait résoudre les problèmes de l'humanité au XXIe siècle. © Anjoy Planet, YouTube
La question de l'eau devient primordiale
La question de la production d'eau potable se fait de plus en plus préoccupante. Le réchauffement climatiqueréchauffement climatique va faire baisser la pluviosité de certaines régions alors que la population y augmente tandis que baisseront les ressources souterraines en eau potable et en énergies fossilesénergies fossiles. Aujourd'hui, un milliard de personnes n'ont pas accès à l'eau potable et d'ici 2025 les deux tiers de la population de la Planète souffriront de pénuries d'eau. Cela ne peut que générer des conflits et, comme l'explique Jean-Marc Jancovici, c'est déjà le cas avec les effets du changement climatique sur le pourtour de la Méditerranée, en train de devenir plus sec.
Pour éviter une catastrophe humanitaire, il faut impérativement développer de nouvelles techniques de désalinisation qui soient peu coûteuses en énergie, et peu coûteuses tout court. L'utilisation de l'énergie solaire vient tout de suite à l'esprit. Et si l'on en croit les thèses de Peter Diamandis dans son ouvrage Abundance: The Future Is Better Than You Think, la nanotechnologienanotechnologie devrait permettre de rendre disponibles des ressources apparemment inaccessibles, tout comme la technologie a rendu l'aluminiumaluminium abondant alors qu'il semblait plus rare que l'or.
Schéma d'un distillateur solaire utilisant un feuille constituée de nanoparticules d'aluminium percée de pores où l'énergie du soleil fait s'évaporer de l'eau saumâtre. En se refroidissant, elle se condense et s'écoule au fond du réicpient. © Lin Zhou et al., Nature Photonics
Nanoparticules et énergie solaire, la bonne recette pour l'eau potable ?
Les travaux de chercheurs chinois, publiés dans Nature Photonics, semblent donner plus de poids aux thèses de Diamandis, bien que, comme le défend avec raison Philippe Bihouix, avec la raréfaction des métauxmétaux, c'est plutôt vers un âge des low-tech que l'on risque fort de se diriger. Toujours est-il que Jia Zhu, de l'université de Nanjing, et ses collègues viennent d'annoncer qu'en utilisant la plasmonique en conjonctionconjonction avec des nanoparticules d'aluminium, ils ont réalisé un distillateur solaire trois fois plus efficace que les dispositifs analogues traditionnellement utilisés. Rappelons qu'un tel système consiste à faire s'évaporer de l'eau salée dans une boîte sous la chaleurchaleur du soleil et à recueillir la condensationcondensation sur les parois. Les ingénieurs ont produit ainsi de 2 à 8 litres d'eau par heure pour une feuille d'un mètre carré constituée de nanoparticules d'aluminium convenablement fabriquées.
La performance est intéressante mais elle a pour le moment des limites. La production d'eau est moins efficace que celle de l'osmose inverse qui permet, elle, d'obtenir 65 litres par heure pour une membrane d'un mètre carré, il est vrai en consommant plus d'énergie. Mais à l'échelle de petites populations et pour assurer le minimum vital en eau potable, c'est certainement une carte à jouer importante.
