Les technologies de recyclage de l’eau développées pour l’espace aident un ouest américain desséché

OQue vous viviez dans l’Ouest américain qui s’assèche rapidement ou que vous soyez à bord de la Station spatiale internationale pour un séjour de six mois, avoir suffisamment d’eau pour vivre est une préoccupation constante. Alors que le changement climatique continue de faire des ravages dans les aquifères de l’Occident et que l’humanité s’enfonce davantage dans le système solaire, les problèmes d’approvisionnement en eau potable auxquels nous sommes confrontés aujourd’hui ne feront que croître. , certaines des recherches de pointe de la NASA sur le recyclage de l’eau en orbite reviennent sur Terre.

Sur Terre

En Californie, par exemple, le ruissellement des maisons et des entreprises de l’État, des égouts pluviaux et des toits, traverse plus de 100 000 milles de conduites d’égout où il – sauf – finit par se retrouver dans l’une des 900 usines de traitement des eaux usées de l’État. . La façon dont cette eau est traitée dépend de si elle est destinée à la consommation humaine ou à des utilisations non potables comme l’irrigation agricole, l’amélioration des zones humides et la reconstitution des eaux souterraines.

adopte une approche en plusieurs étapes pour récupérer ses eaux usées potables. Les gros solides sont d’abord filtrés à partir des fluides entrants à l’aide de tamis mécaniques à la tête de la station d’épuration. De là, les eaux usées s’écoulent dans un réservoir de décantation où la plupart des solides restants sont éliminés – les boues sont acheminées vers des digesteurs anaérobies après avoir coulé au fond de la piscine. L’eau est ensuite envoyée vers un traitement secondaire où elle est aérée avec des bactéries fixatrices d’azote avant d’être poussée dans un autre bassin de décantation ou de clarification. Enfin, il est filtré à travers une étape de nettoyage tertiaire de filtres polymères cationiques où tous les solides restants sont éliminés. D’ici 2035, alors qu’Aurora, au Colorado, et Atlanta, en Géorgie, ont déjà commencé à augmenter leurs approvisionnements en eau potable avec une réutilisation potable.

« Il y a des avantages supplémentaires au-delà d’un approvisionnement en eau sûr. Si vous ne comptez pas sur l’importation d’eau, cela signifie qu’il y a plus d’eau pour les écosystèmes du nord de la Californie ou du Colorado », a déclaré William Mitch, professeur à Stanford, dans . « Vous nettoyez les eaux usées et, par conséquent, vous ne rejetez pas d’eaux usées et de contaminants potentiels sur les plages de Californie. »

Les usines de traitement des eaux usées en Californie sont confrontées à un certain nombre de défis, notent les notes, notamment le vieillissement des infrastructures; la contamination par des produits pharmaceutiques mal éliminés et le ruissellement de pesticides ; demandes de la population combinées à des débits réduits en raison de la sécheresse induite par le changement climatique. Cependant, leur capacité à fournir de l’eau pure surpasse la nature.

« Nous nous attendions à ce que les eaux potables réutilisées soient plus propres, dans certains cas, que l’eau potable conventionnelle en raison du fait qu’un traitement beaucoup plus approfondi est effectué pour elles », a expliqué Mitch dans une étude d’octobre dans . « Mais nous avons été surpris que, dans certains cas, la qualité de l’eau réutilisée, en particulier les eaux traitées par osmose inverse, soit comparable à celle des eaux souterraines, qui sont traditionnellement considérées comme l’eau de la plus haute qualité. »

Les solides extraits des eaux usées sont également fortement traités lors du recyclage. Les déchets de la première étape sont envoyés dans des décharges locales, tandis que les solides biologiques filtrés des deuxième et troisième étapes sont envoyés dans des chambres anaérobies où leur décomposition génère qui peut être brûlée pour la production d’électricité et convertie en engrais riche en azote à usage agricole.

New York, par exemple, à partir de ses plus de 1 200 usines de traitement des eaux usées (WWTP) à l’échelle de l’État. Cependant, moins d’un dixième des usines (116 en particulier) utilisent réellement ces boues pour produire du biogaz, selon un rapport de 2021 du , et sont « principalement utilisées pour alimenter les installations et pour la production combinée de chaleur et d’électricité des stations d’épuration ».

L’eau non potable peut être traitée encore plus directement et, dans certains cas, . Les eaux usées, pluviales et peuvent arroser les plantes du hall et les chasses d’eau des toilettes après avoir été captées et traitées dans un (ONWS).

« Les pressions croissantes sur les ressources en eau ont entraîné une plus grande pénurie d’eau et une demande croissante de sources d’eau alternatives », a déclaré le . « La réutilisation de l’eau non potable sur site est une solution qui peut aider les communautés à récupérer, recycler, puis réutiliser l’eau à des fins non potables. »

En orbite

A bord de l’ISS, les astronautes ont encore moins de marge de manœuvre dans leur utilisation de l’eau car la station est un système en boucle fermée isolé dans l’espace. Aussi parce que SpaceX facture 2 500 dollars par livre de fret (après les 440 premières livres, pour lesquelles il facture 1,1 million de dollars) pour envoyer en orbite sur l’une de ses fusées – et l’eau liquide est lourd.

Alors que l’ISS reçoit occasionnellement de l’eau sous la forme de conteneurs d’eau d’urgence en forme de sac de sport de 90 livres pour remplacer ce qui est invariablement perdu dans l’espace, ses habitants comptent sur le réseau complexe de leviers et de tubes que vous voyez ci-dessus et ci-dessous pour récupérer chaque goutte d’humidité possible et transformez-la en potabilité. L’ensemble de traitement de l’eau de la station peut produire jusqu’à 36 gallons d’eau potable chaque jour à partir de la sueur, de l’haleine et de l’urine de l’équipage. Lors de son installation en 2008, les besoins en eau de la station . Il fonctionne en conjonction avec l’Urine Processor Assembly (UPA), l’Oxygen Generation Assembly (OGA), le réacteur Sabatier (qui recombine l’oxygène libre et l’hydrogène séparés par l’OGA dans l’eau) et les systèmes de contrôle environnemental régénératif et de maintien de la vie (ECLSS) pour maintenir le « » et le . Les cosmonautes du segment russe de l’ISS s’appuient sur un système de filtration séparé qui ne collecte que le ruissellement et la condensation de la douche et nécessitent donc des livraisons d’eau plus régulières pour maintenir leurs réservoirs remplis.

En 2017, la NASA a mis à niveau le WPA avec un nouveau filtre à osmose inverse afin de « réduire la masse de réapprovisionnement du lit de multifiltration WPA et d’un catalyseur amélioré pour le réacteur catalytique WPA afin de réduire la température et la pression de fonctionnement », a annoncé l’agence. cette année. « Bien que le WRS [water recovery system] fonctionne bien depuis le début des opérations en novembre 2008, plusieurs modifications ont été identifiées pour améliorer les performances globales du système. Ces modifications visent à réduire le réapprovisionnement et à améliorer la fiabilité globale du système, ce qui est bénéfique pour la mission ISS en cours ainsi que pour les futures missions habitées de la NASA.

L’une de ces améliorations est l’ensemble de processeur de saumure (BPA) mis à niveau livré en 2021, un filtre qui élimine plus de sel de l’urine des astronautes pour produire plus d’eau récupérée que son prédécesseur. Mais il reste encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir transporter des équipages en toute sécurité dans l’espace interplanétaire. La NASA note que le WPA qui a été livré en 2008 était initialement conçu pour récupérer 85% de l’eau dans l’urine de l’équipage, bien que ses performances se soient depuis améliorées à 87%.

« Pour quitter l’orbite terrestre basse et permettre une exploration de longue durée loin de la Terre, nous devons fermer la boucle d’eau », a ajouté Caitlin Meyer, chef de projet adjoint pour Advanced Exploration Systems Life Support Systems au Johnson Space Center de la NASA à Houston. « Les systèmes actuels de récupération d’eau urinaire utilisent la distillation, qui produit une saumure. La [BPA] acceptera cet effluent contenant de l’eau et extraira l’eau restante.

Lorsque l’urine post-traitée est ensuite mélangée avec de la condensation récupérée et traverse à nouveau le WPA, « notre récupération globale de l’eau est d’environ 93,5% », Layne Carter, responsable du sous-système d’eau de la Station spatiale internationale chez Marshall, . Pour se rendre sur Mars en toute sécurité, la NASA estime qu’elle a besoin d’un taux de récupération de 98 % ou plus.

Mais même si la technologie de recyclage de pointe actuelle de l’ISS n’est pas tout à fait suffisante pour nous emmener sur Mars, elle a déjà un impact sur la planète. Par exemple, au début des années 2000, la société Argonide a développé un système de filtration d’eau en nanofibres « NanoCeram » avec le soutien financier de la NASA pour les petites entreprises. Le filtre utilise des fibres d’alumine microscopiques chargées positivement pour éliminer pratiquement tous les contaminants sans trop restreindre le débit, ce qui finit par engendrer.

« La douche commence avec moins d’un gallon d’eau et la fait circuler à un débit de trois à quatre gallons par minute, plus de débit que la plupart des douches conventionnelles ». « Le système vérifie la qualité de l’eau 20 fois par seconde, et l’eau la plus polluée, comme le rinçage du shampoing, est larguée et remplacée. Le reste passe à travers le filtre NanoCeram puis est bombardé de lumière ultraviolette avant d’être recirculé. Selon l’Institut suédois de contrôle des maladies transmissibles, l’eau qui en résulte est plus propre que celle du robinet.