Vers 360 avJC, un jour qu’Aristote prenait une bonne douche bien chaude (circonstances incertaines) il se rendit compte que les parois se couvraient de gouttes d’eau. Il en fit la première description de l’histoire (ça c’est vrai). L’air contient toujours de la vapeur d’eau, plus ou moins selon selon sa température et le niveau de sécheresse. Dans la douche chaude l’air chaud se sature de vapeur, et lorsque l’air rencontre une paroi plus froide, la vapeur excédentaire se retransforme en eau. Vous noterez que ça marche encore de nos jours, aussi bien dans les salles de bains que dans les cuisines. Les navigateurs phéniciens utilisaient déjà le procédé pour dessaler un peu d’eau de mer chauffée au soleil ou sur un feu.

Mais les véritables débuts de la distillation solaire pour dessaler de l’eau ont eu lieu au Chili dans la mine de Las Salinas. En 1872 l’ingénieur anglais Charles Wilson avait en charge l’exploitation d’une mine de nitrates. Outre son personnel, il devait abreuver les 4000 mules qui servaient à transporter le minerai. La seule ressource en eau était des puits d’eau salée à 140 g/litres, soit 4 fois l’eau de mer. Il réalisa4460 m² de verrières, par modules de 2 mètres de large sur 50 mètres de long produisait un maximum de 330 litres d’eau distillée par jour. L’installation fonctionna 40 ans, jusqu’à ce que les mules soient remplacées par un train.

La distillation par effet de serre et condensation, ou distillation passive.
Une serre fermée comprend une verrière (1), un espace clos (7), un bac de rétention noir étanche (2) contenant de l’eau (3) salée. Les rayons du soleil (9) traversent la verrière (1) et viennent chauffer l’eau salée (3), ce qui sature l’air du volume (7) en vapeur d’eau, qui monte (13) pour rejoindre la surface intérieure de la verrière, qui étant relativement plus froide fait condenser l’eau. Les gouttes d’eau distillée (5) formées sur la surface de la verrière redescendent le long de celle-ci et sont recueillies par une gouttière (4). (Extraits du brevet FR15/01241)

Ce modèle a été particulièrement étudié et optimisé dans les années 1950 et 1960 à l’Université de Californie, qui a conclu qu’on avait atteint les limites du procédé et qu’il ne pouvait pas être rentable en comparaison de procédés industriels plus complexes. Plusieurs dizaines de grandes installations ont été construites à cette époque.
Une autre forme consiste à utiliser une verrière en forme de cône de base circulaire. Durant la dernière guerre, Maria Telkes chercheuse au Massachusetts Institute of Technology a mis au point un système gonflable suivant ce modèle qui est toujours utilisé comme accessoire sur les canaux de sauvetage en mer, et qui m’a servi de référence dans mon jardin. N’ayant pas besoin d’être orienté, c’est très efficace au solstice d’été dans mon jardin car le soleil n’est jamais très haut et suit une très longue trajectoire dans le ciel, beaucoup moins sous les tropiques, où les longues serres orientées vers le soleil sont plus efficaces.

Ainsi des expériences ont montrées qu’on améliorait sensiblement le rendement en diminuant la distance entre la verrière (1) et a surface de la lame d’eau (3). Ce qui a amené à étudier des modèles de serres plates comme sur la figure 3. Au lieu d’avoir un bac de rétention (2), on a plusieurs petits bacs (11) en escalier, permettant de diminuer sensiblement la distance entre l’eau (3) et la surface de condensation (1). Une alimentation en eau salée (6a) permet de remplir le premier bac (11), dont le trop plein se déverse dans le second et ainsi de suite jusqu’au trop plein final (6b). Chaque bac a un fond (2) noir pour permettre l’échauffement de la lame d’eau correspondante (3). Trop complexe à construire, le procédé n’a pas eu d’application pratique.

Toujours dans le but de diminuer l’épaisseur de la lame d’eau (3) et la distance entre la verrière (1) et l’eau (3), la fameuse Maria Telkes a expérimentés un système où l’eau salée circule naturellement dans une « mèche ». La figure 4 montre un tel système : un petit réservoir d’eau salée (11) est situé au sommet et alimenté par le tuyau (6a). La partie haute d’une mèche (14a) ou textile absorbant de couleur noire trempe dans le réservoir (11), ce qui permet à l’eau salée de monter par capillarité jusqu’au sommet du bord du réservoir (11), puis de redescendre par gravité le long de la mèche (14b). La difficulté de gérer correctement ce processus, et d’éviter que des zones restent sèches aux heures les plus chaudes de la journée, et à recycler l’eau excédentaires aux heures moins chaudes impose de disposer d’une pompe pour remonter l’eau qui sort par l’écoulement (6b) vers l’arrivée d’eau (6a). Ces distillateurs plats ne sont plus tellement des distillateurs passifs dans la mesure où il faut toujours une petite pompe et/ou un petit ventilateur.

On se trouve donc en face de 2 types de distillateurs, la verrière avec un plan d’eau horizontal X et la verrière plate inclinée, avec énormément de variantes pour chacun. Ils ne sont pas en concurrence, mais ils se complètent. L’un étant plus efficace que l’autre en fonction des conditions de terrain, climatiques, de culture, et d’environnement technique. Si dans la culture locale le village est plus important que la famille, si il existe de grands terrains plats, horizontaux et durs, et qu’on est à des latitudes faibles, un grand distillateur horizontal, même avec un rendement au m² faible pourra correspondre au besoin. Alors que si la famille est au centre de la vie collective, que les surfaces horizontales sont rares, un petit distillateur plat familial très efficace sera préférable. C’est pourquoi la question « où implanter ces matériels ? » est si importante et complexe.

La société hollandaise Aqua Aero Water Systems BV X X a mis au point ces immenses structures gonflables de 700 m² capables de produire 1 m3 d’eau distillée par jour. Ce qui fait une production au m² très faible, mais pourrait correspondre aux besoins locaux … si ça résiste aux tempêtes, et que les couts de génie civil (700 m² à planifier au cm près) n’ont pas été trop importants.

De nombreuses publications ont été faites par des scientifiques. De toutes ces expériences (plus les miennes), il ressort que pour une surface de verrière donnée, pour obtenir une meilleure production il convient de diminuer autant que faire se peut la distance entre l’eau salée et la verrière (1), diminuer l’épaisseur de la lame d’eau salée (3), si possible en évitant l’utilisation de mèche ou textile imprégné d’eau, car l’extraction pour évaporation en est plus difficile. D’avoir une surface de condensation supérieure à la surface de la verrière. L’étude des procédés de séchage nous a appris que trois facteurs favorisent l’évaporation : la surface d’échange entre l’air et l’eau, l’apport de chaleur qui augmente la pression de vapeur saturante et la convection ou mouvement de l’air. On cherchera ainsi à optimiser tous ces facteurs bien connus.

Les études cherchent à optimiser, la quantité d’eau produite par m² de verrière, ou par m² de surface noire active, ou le rendement (quantité d’énergie utilisée pour transformer l’eau en vapeur par rapport à la quantité d’énergie solaire reçue. ça va de 25% à 55%). Ceci est une erreur, le seul critère adéquat est la quantité d’eau produite par rapport au cout complet : cout des matières, de l’installation, des travaux de génie civil, de maintenance, de formation des utilisateurs etc… qui varie considérablement d’une zone à l’autre.

Du plus simple : une bassine et un plastique, au plus complexe X avec pompes, ventilateurs, échangeurs etc…. Les deux ont leur champ d’application. On notera que vu la température de l’eau distillée qui sort du dispositif, elle est directement utilisable pour faire le thé, ou la soupe, par contre pour le pastis ça ne convient pas du tout.