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Ce filtre en graphène pourrait réduire le coût de consommation d’eau de mer

2021

Une nouvelle étude publiée plus tôt cette semaine dans la revue Nature Nanotechnology pourrait constituer une étape majeure dans la fabrication d’eau dessalée - une eau dans laquelle le sel est éliminé pour la rendre potable - une option viable pour le reste du monde. Des chercheurs de l'Université de Manchester ont modifié les membranes en oxyde de graphène, un type de membrane sélectivement perméable qui laisse passer certaines molécules tout en laissant les autres derrière, laissant passer l'eau tout en piégeant les ions sels. C'est essentiellement un tamis moléculaire.

Selon les Nations Unies, il est important de trouver de nouvelles sources d'eau douce, car environ 20% de la population mondiale, soit 1, 2 milliard de personnes, n'a pas accès à de l'eau potable. C'est un nombre qui devrait croître à mesure que les populations augmentent et que les réserves en eau existantes diminuent, en partie à cause du changement climatique. Cette réalité a conduit certains à penser que la prochaine "ruée vers l'or" sera mondiale. D'autres ont une approche moins optimiste, craignant que les guerres du futur ne se déroulent que pour l'eau. Et cette préoccupation n’est pas dénuée de fondement: la guerre qui fait actuellement rage au Yémen est liée, du moins en partie, aux conflits liés à l’eau.

Mais alors que l'eau douce est rare (seulement trois pour cent de l'eau de la planète est fraîche), l'eau en elle-même ne l'est pas. La Terre contient plus de 70% d’eau, mais 97% est imbuvable car c’est du sel ou de l’eau saumâtre (un mélange d’eau salée et d’eau douce). La nage occasionnelle d'eau de mer en nageant, la consommation d'eau salée est dangereuse pour l'homme car elle entraîne la déshydratation et éventuellement la mort. D'où la fameuse rime de la Rime de l'ancien marin : "De l'eau, de l'eau partout, pas de goutte à boire".

Le dessalement pourrait être une solution. Après tout, cette technique est déjà utilisée dans certaines parties du Moyen-Orient et des îles Caïmans. Cependant, les deux techniques actuellement employées sont la distillation flash à plusieurs étages, qui chauffe instantanément une partie de l’eau en vapeur par une série d’échanges de chaleur, et l’osmose inverse, qui utilise une pompe haute pression pour pousser l’eau de mer par inversion. Les membranes d’osmose permettant d’éliminer les ions et les particules de l’eau potable présentent plusieurs inconvénients majeurs.

«Les méthodes de dessalement actuelles consomment beaucoup d'énergie et ont un impact négatif sur l'environnement», a écrit Ram Devanathan, chercheur à la Direction de l'énergie et de l'environnement du Pacific Northwest National Laboratory, dans un article qui accompagnait l'étude. "De plus, la production d'énergie consomme de grandes quantités d'eau et crée des eaux usées qui doivent être traitées avec un apport énergétique supplémentaire."

Les membranes en oxyde de graphène semblent être une alternative relativement peu coûteuse, car elles peuvent être produites à moindre coût dans un laboratoire et, bien que l’eau les traverse facilement, les sels ne le sont pas. Cependant, lorsqu'elles sont immergées dans de l'eau à grande échelle, les membranes d'oxyde de graphène ont tendance à gonfler rapidement. Une fois gonflées, les membranes permettent non seulement à l’eau de passer, mais aussi aux ions sodium et magnésium, c’est-à-dire au sel, qui vont à l’encontre du but de la filtration.

L’auteur de l’étude, Rahul Nair, et ses collègues ont découvert qu’en plaçant des parois en résine époxy de part et d’autre de l’oxyde de graphène, ils pourraient enrayer l’extension. Et en limitant les membranes avec de la résine, ils ont pu affiner leur taille capillaire pour empêcher tout sel errant de s'accrocher à des molécules d'eau.

La prochaine étape consistera à la tester à l’échelle industrielle pour voir si la méthode tient le coup. Si cela fonctionne, beaucoup de gens pourraient simplement y boire (un verre d'eau).

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