Vers un monde équitable et durable

Cette pompe à eau alimentée par l'énergie solaire ne nécessite pas d'alimentation électrique. La pompe, construite à partir de composants simples et peu coûteux, ne comprend aucune pièce mobile, ce qui rend sa fabrication et son entretien avantageux. Le prototype, construit au Technion, démontre l'efficacité de cette technologie pour pomper l'eau des puits dans les zones arides et reculées.

De Haïfa à Mek'ele Kristos

L'Éthiopie est un pays d'Afrique de l'Est dont l'économie repose sur l'agriculture. De nombreuses régions du pays souffrent d'une sécheresse permanente et du manque de sources d'eau disponibles. En 2013, la première connexion a été établie entre le Technion et le village de Mek'ele Kristos, dans le nord de l'Éthiopie, dans le cadre des activités de la branche Technion d'Ingénieurs sans frontières (ISF), dirigée par le professeur Mark Talesnick. Leur premier projet dans le village, auquel ont participé 15 étudiants du Technion et de nombreux membres de la communauté locale, était un système de stockage de l'eau de pluie à l'école locale. Le dispositif fournit de l'eau potable à l'école et élimine la nécessité de transporter l'eau dans des bidons depuis le puits le plus proche. Ce développement a permis de libérer les enfants du village pour qu'ils puissent étudier, au lieu de prioriser le transport de l'eau.

Pour l'Afrique

Le projet actuel, une pompe thermoacoustique, est né suite à la mise en place du prix de recherche du Fonds de la Fondation Mauerberger (FFM) pour les technologies transformatrices pour l'Afrique en 2019, avec un grand prix d'un demi-million de dollars. Deux groupes ont été sélectionnés lors du premier tour des finalistes du prix : le premier était un groupe de chercheurs du Technion et d'Afrique du Sud - les professeurs Guy Ramon, Mark Talesnick et Yehuda Agnon de la Faculté d'ingénierie civile et environnementale du Technion, et Lesley Petrick de l'Université de Western Cape en Afrique du Sud. Les autres finalistes étaient un groupe de chercheurs de l'université Ben Gurion du Negev.

Le professeur Ramon déclare : "L'étude nous a donné l'occasion unique d'exploiter la technologie que nous avons développée en laboratoire au profit du village. Cela nous a amenés à réfléchir dans plusieurs directions différentes, en commençant par l'extraction de l'eau contenue dans l'air, puis en considérant également la purification de l'eau, mais il était important pour nous de comprendre quelle technologie générerait le changement le plus favorable - où nous trouverions l'impact potentiel maximal. C'est là que les membres d'ISF du Technion nous sont venus en aide. Ils ont mené une enquête approfondie auprès de la communauté cible et sont revenus vers nous avec une réponse claire : le besoin le plus urgent de la communauté et la solution qui contribuera le plus à la qualité de vie des villageois est le pompage de l'eau des puits. Nous avons appris que la plupart des puits en Éthiopie ne sont pas utilisables pour l'agriculture parce qu'ils n'ont pas de pompes, ou que les pompes sont endommagées, et une solution à ce problème apportera un changement spectaculaire pour le bien de tous."

Le challenge

La culture la plus populaire en Éthiopie est le teff, une plante de la famille des céréales utilisée pour préparer divers aliments, dont l'injera. L'Éthiopie est à l'origine de 90 % de la production mondiale de teff.

"L'un des problèmes de la culture du teff dans la région de Mek'ele Kristos", explique le professeur Talesnick, "est qu'en raison du manque d'eau disponible pour l'agriculture, la plante pousse uniquement grâce à l'eau de pluie, ce qui entraîne une unique saison de croissance annuelle. L'eau d'irrigation provenant de puits pourrait ajouter au moins un cycle de croissance supplémentaire par an."

Le défi consistait à développer une pompe simple, peu coûteuse et durable qui ne nécessite pas de source d'énergie électrique (qui n'est pas disponible dans de nombreuses régions d'Éthiopie), ni de carburant (qui est très cher).

La technologie

Le système mis au point par le Technion est basé sur un moteur thermoacoustique - un moteur qui n'a pas de pistons ou d'autres pièces mobiles. Ce type de moteur intéresse le professeur Guy Ramon depuis son doctorat au Technion, qu'il a passé sous la direction du professeur Yehuda Agnon à la faculté de génie civil et environnemental.

Les moteurs thermiques, comme les moteurs à essence des voitures, fonctionnent sur la compression et l'expansion du gaz. Un piston comprime un mélange de carburant et d'air, une étincelle l'enflamme, et l'expansion rapide du gaz repousse le piston et propulse les roues du véhicule. Ces moteurs contiennent de nombreuses pièces mobiles, ce qui augmente le coût de fabrication et d'entretien.

Un moteur thermoacoustique n'a pas de pièces mobiles. Le moteur construit au Technion ressemble à un tuyau en forme de cône, qui est utilisé comme un résonateur acoustique. L'extrémité large absorbe la lumière du soleil et chauffe le gaz dans cette zone. Le gaz chaud se dilate le long du tuyau, où il se refroidit et se contracte. Selon le professeur Agnon, "cette action intermittente provoque une instabilité thermoacoustique, c'est-à-dire, pour faire simple, des ondes sonores. L'instabilité thermoacoustique est un phénomène inquiétant dans de nombreux contextes, comme les moteurs de jet et de fusée, où l'instabilité peut causer des dommages structurels. Cependant, ici, ce phénomène est exploité pour faire fonctionner le moteur. L'onde sonore agit comme une sorte de piston mobile qui génère un pompage par impulsions - l'eau est pompée et acheminée par impulsions, et non en continu."

Avishai Meir, ingénieur en laboratoire, explique que le processus de planification et de construction pour achever le prototype actuel a duré environ un an et demi. "Nous espérons que nous serons bientôt en mesure de faire la démonstration du système au soleil, à l'extérieur du laboratoire. L'idée est que ce dispositif soit composé de pièces peu coûteuses et accessibles - des pièces de radiateur, du plastique recyclé, le principal tuyau métallique, etc. Il sera ainsi possible de le construire n'importe où dans le monde, aussi éloigné soit-il. Nos pensées sont actuellement dirigées vers l'Éthiopie, mais ce concept peut être mis en œuvre n'importe où, certainement dans les zones isolées qui ne disposent pas d'une alimentation électrique courante, mais aussi dans le monde occidental."

"En outre", ajoute le professeur Ramon, "la technologie que nous développons a d'autres utilisations que le pompage - le refroidissement (réfrigérateurs et climatiseurs, dans lesquels l'onde sonore remplace le compresseur), la ventilation, la production d'énergie, la purification de l'eau, etc. C'est pourquoi nous espérons et croyons que ce développement apportera des changements non seulement à Mek'ele Kristos, mais aussi dans de nombreux endroits qui souffrent d'une insuffisance d'eau et d'électricité, ainsi qu'une réduction de notre dépendance à l'égard de l'électricité pour le refroidissement des locaux."

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