Des chercheurs ont franchi un cap important dans la quête d’un dessalement efficace en annonçant l’invention d’une membrane en oxyde de graphène qui filtre le sel de l’eau de mer.
À ce stade, la technique est encore limitée au laboratoire, mais elle montre comment nous pourrions un jour transformer rapidement et facilement l’une de nos ressources les plus abondantes, l’eau de mer, en l’une de nos ressources les plus rares, l’eau potable.
L’équipe, dirigée par Rahul Nair de l’université de Manchester au Royaume-Uni, a montré que le tamis pouvait filtrer efficacement les sels. La prochaine étape consiste à le tester par rapport aux membranes de dessalement existantes.
“La réalisation de membranes évolutives avec une taille de pores uniforme jusqu’à l’échelle atomique est une avancée significative et ouvrira de nouvelles possibilités pour améliorer l’efficacité de la technologie de dessalement”, déclare Nair.
“Il s’agit de la première expérience claire et nette dans ce régime. Nous démontrons également qu’il existe des possibilités réalistes de mettre à l’échelle l’approche décrite et de produire en masse des membranes à base de graphène avec les tailles de tamis requises.”
Les membranes à base d’oxyde de graphène sont depuis longtemps considérées comme un candidat prometteur pour la filtration et le dessalement, mais bien que de nombreuses équipes aient mis au point des membranes capables de tamiser de grosses particules dans l’eau, se débarrasser du sel nécessite des tamis encore plus petits que les scientifiques ont eu du mal à créer.
L’un des principaux problèmes est que, lorsque les membranes en oxyde de graphène sont immergées dans l’eau, elles gonflent, permettant aux particules de sel de s’écouler à travers les pores engorgés.
L’équipe de Manchester a résolu ce problème en construisant des parois de résine époxy de part et d’autre de la membrane d’oxyde de graphène, ce qui l’empêche de gonfler dans l’eau.
Ils ont ainsi pu contrôler avec précision la taille des pores de la membrane, créant des trous suffisamment petits pour filtrer tous les sels courants de l’eau de mer.
La clé du problème réside dans le fait que lorsque les sels courants sont dissous dans l’eau, ils forment une “coquille” de molécules d’eau autour d’eux.
“Les molécules d’eau peuvent passer individuellement, mais pas le chlorure de sodium. Il a toujours besoin de l’aide des molécules d’eau”, a expliqué Mme Nair à Paul Rincon de la BBC.
“La taille de la coquille d’eau autour du sel est plus grande que la taille du canal, donc il ne peut pas passer”
Non seulement cela a laissé l’eau de mer fraîche à boire, mais cela a également permis aux molécules d’eau de circuler plus rapidement à travers la barrière de la membrane, ce qui est parfait pour une utilisation dans le dessalement.
“Lorsque la taille du capillaire est d’environ un nanomètre, ce qui est très proche de la taille de la molécule d’eau, ces molécules forment un bel arrangement interconnecté comme un train”, a expliqué Nair à Rincon.
“Cela rend le mouvement de l’eau plus rapide : si vous poussez plus fort d’un côté, les molécules se déplacent toutes de l’autre côté en raison des liaisons hydrogène entre elles. Vous ne pouvez obtenir cette situation que si la taille du canal est très petite.”
Il existe déjà plusieurs grandes usines de dessalement dans le monde qui utilisent des membranes à base de polymères pour filtrer le sel, mais le processus est encore largement inefficace et coûteux, donc trouver un moyen de le rendre plus rapide, moins cher et plus facile est un objectif énorme pour les chercheurs.
Les calottes glaciaires côtières du Groenland, qui ont déjà dépassé le point de non-retour, devraient faire augmenter le niveau des mers d’environ 3,8 cm d’ici 2100. Si l’ensemble de la calotte glaciaire du Groenland fond, les générations futures devront faire face à des océans plus hauts de 7,3 mètres.
Dans le même temps, l’eau potable reste incroyablement difficile à trouver dans de nombreuses régions du monde. Les Nations unies prévoient que d’ici 2025, 14 % de la population mondiale sera confrontée à une pénurie d’eau. Et beaucoup de ces pays n’auront pas les moyens de se doter d’installations de dessalement à grande échelle.
Les chercheurs espèrent maintenant que le tamis à base de graphène pourrait être aussi efficace que les grandes usines à petite échelle, afin qu’il soit plus facile à déployer.
L’oxyde de graphène est également beaucoup plus facile et moins cher à fabriquer en laboratoire que les monocouches de graphène, ce qui signifie que la technologie sera abordable et facile à produire.
“La séparation sélective des molécules d’eau et des ions par la restriction physique de l’espacement entre les couches ouvre la voie à la synthèse de membranes peu coûteuses pour le dessalement”, a écrit Ram Devanathan du Pacific Northwest National Laboratory, qui n’a pas participé à la recherche, dans un article de Nature News and Views.
“L’objectif ultime est de créer un dispositif de filtration qui produira de l’eau potable à partir d’eau de mer ou d’eaux usées avec un apport énergétique minimal.”
Il a ajouté que la prochaine étape consistera à tester la durabilité des membranes lorsqu’elles sont utilisées sur de longues périodes, et la fréquence à laquelle elles doivent être remplacées.
La recherche a été publiée dansNature Nanotechnology.