La lumière peut évaporer l’eau sans chaleur
Contrairement à ce que nous avons tous appris en cours de sciences à l’école primaire, il s’avère que la chaleur n’est peut-être pas nécessaire pour faire s’évaporer l’eau. Des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT/ États-Unis) ont fait la surprenante découverte que la lumière seule peut faire s’évaporer l’eau, et qu’elle est même plus efficace que la chaleur. Cette découverte pourrait améliorer nos connaissances sur les phénomènes naturels ou améliorer les systèmes de désalinisation.
L’évaporation se produit lorsque les molécules d’eau proches de la surface du liquide absorbent suffisamment d’énergie pour s’échapper dans l’air sous forme de gaz, la vapeur d’eau. En général, la chaleur est la source d’énergie et, dans le cas du cycle de l’eau de la Terre, cette chaleur provient principalement de la lumière du soleil.
Cependant, au cours des dernières années, différentes équipes de scientifiques ont remarqué des divergences dans leurs expériences concernant l’eau contenue dans les hydrogels. L’eau semblait s’évaporer à des taux beaucoup plus élevés que ce qui était possible compte tenu de la quantité de chaleur à laquelle elle était exposée, triplant parfois le taux maximal théorique.
Pour cette nouvelle étude, des scientifiques du MIT ont donc cherché à comprendre ce qui se passait. Après quelques expériences de base, ils ont suspecté que la lumière elle-même était à l’origine de l’évaporation accrue. L’idée est surprenante, car l’eau n’absorbe pas vraiment la lumière, ce qui explique que l’on puisse voir à travers elle à une profondeur raisonnable si elle est propre.
Pour vérifier leur hypothèse, les scientifiques ont placé un échantillon d’hydrogel dans un récipient sur une balance, l’ont exposé successivement à différentes longueurs d’onde de la lumière et ils ont mesuré la quantité de masse perdue au fil du temps en raison de l’évaporation. L’équipement a été soigneusement contrôlé et les lumières protégées afin d’éviter que la chaleur ne soit introduite dans le système et ne vienne fausser les résultats.
Évaporation de l’eau d’un hydrogel sous lumière verte, qui s’est avérée être la longueur d’onde maximale. (MIT)
Il s’est avéré que l’eau s’évaporait à des taux bien plus élevés que ce que la limite thermique devrait permettre. Le degré d’évaporation semblait varier en fonction des longueurs d’onde de la lumière, avec un pic à la longueur d’onde de la lumière verte. Cette dépendance à l’égard de la couleur prouve que l’évaporation n’est pas liée à la chaleur.
Ensuite, les chercheurs ont répété l’expérience dans l’obscurité, en utilisant l’électricité pour appliquer la même quantité de chaleur à l’hydrogel que lors de l’expérience à la lumière. Le taux d’évaporation de l’eau est resté bien en deçà de la limite thermique, et bien en deçà de celui obtenu avec l’exposition à la lumière.
L’équipe a baptisé ce nouveau phénomène « effet photomoléculaire » et a émis l’hypothèse que les photons de la lumière pouvaient potentiellement « cliver » des groupes de molécules d’eau près de la surface du liquide. Bien que ce phénomène n’ait été observé jusqu’à présent que dans des conditions de laboratoire soigneusement contrôlées, les chercheurs affirment qu’il pourrait également se produire dans la nature, par exemple dans les nuages ou à la surface de la mer, même si, dans ces conditions, c’est probablement la chaleur qui fait le plus gros du travail.
L’équipe suggère également que l’effet photomoléculaire pourrait être utilisé pour améliorer l’efficacité de systèmes tels que le dessalement ou le refroidissement par évaporation. Les chercheurs ont déjà reçu une subvention pour étudier son utilisation dans le dessalement solaire, qui, selon eux, pourrait multiplier l’efficacité par trois ou quatre. Ils disposent également d’un financement pour déterminer si l’effet pourrait perturber les modèles climatiques.
L’étude publiée dans PNAS : Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit et présentée sur le site du Massachusetts Institute of Technology : In a surprising finding, light can make water evaporate without heat.