Rendre de grandes quantités d’eau de mer potables constituera un défi majeur au cours des prochaines décennies. Récemment, des scientifiques ont dévoilé une membrane optimisée promettant de rendre l’ensemble du processus de dessalement moins coûteux et plus accessible.
Une efficacité décuplée
Dans le cadre de travaux présentés dans la revue Science, des chercheurs des universités du Texas et de Pennsylvanie ont développé une approche permettant de rendre les membranes filtrant l’eau 30 à 40 % plus efficaces. Selon l’équipe, la clef réside dans la densité à l’échelle nanométrique de ces dispositifs, qui permet d’optimiser la technique de dessalement connue sous le nom d’osmose inverse, où les minéraux sont capturés et éliminés par la membrane grâce à l’utilisation de la pression.
« Les membranes d’osmose inverse sont largement utilisées pour filtrer l’eau, mais il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons à leur sujet », explique Manish Kumar, auteur principal de l’étude. « Jusqu’à récemment, nous ignorions en grande partie comment l’eau se déplaçait à travers elles, donc les améliorations réalisées ces quarante dernières années étaient intervenues de façon assez hasardeuse. »
Afin d’avoir une vision plus claire de ces dispositifs, Kumar et ses collègues ont utilisé une technique de microscopie électronique multimodale, combinant analyse de la composition chimique et cartographie 3D à l’échelle nanométrique, pour modéliser l’efficacité avec laquelle l’eau peut être filtrée. Une recherche motivée par l’observation d’une efficacité accrue pour les membranes plus épaisses, ce qui défiait la logique, étant donné que l’eau devait traverser davantage de matière.
Améliorer la densité des membranes filtrantes pour optimiser leur rendement
La modélisation a révélé que les incohérences et les « zones mortes » dans la membrane jouaient un rôle plus important que l’épaisseur. Par conséquent, si la densité des membranes est répartie de manière uniforme, il est possible de dessaler plus d’eau en mobilisant une quantité réduite d’énergie, ce qui permettrait aux grandes industries comme aux particuliers d’avoir plus facilement accès à ce type de technologie et de réaliser des économies.
« Dans un filtre à café, on peut voir à l’œil nu que la densité varie d’une partie à l’autre », explique Enrique Gomez, co-auteur de l’étude. « Si les membranes de filtration semblent au premier abord posséder une structure uniforme, ce n’est pas le cas à l’échelle nanométrique, et la façon dont vous contrôlez cette répartition de masse est vraiment cruciale pour améliorer la filtration de l’eau. »
Les auteurs de l’étude rappellent que la production d’eau douce est vitale non seulement pour la santé publique, mais également pour l’agriculture et la production d’énergie. Des milliards de litres d’eau étant filtrés chaque année, des améliorations de l’efficacité du processus de l’ordre de 30 à 40 % pourraient faire une énorme différence.
« La gestion de l’eau douce devient un défi majeur dans le monde entier »
La possibilité de cartographier les membranes à une résolution aussi faible (moins de la moitié du diamètre d’un brin d’ADN dans ce cas) signifie que les scientifiques ont désormais une bien meilleure compréhension de ce qui rend une membrane d’osmose inverse plus performante. Bien que des approches prometteuses pour dessaler l’eau de mer soient en cours de développement, l’utilisation de membranes reste aujourd’hui l’une des plus efficaces. Les auteurs de l’étude ont indiqué étudier actuellement les moyens de l’améliorer encore davantage et de l’adapter à des usages spécifiques.
« La gestion de l’eau douce devient un défi majeur dans le monde entier », souligne Gomez. « Avec l’augmentation des phénomènes météorologiques violents, qui entraînera pénuries et sécheresses, on s’attend à ce que cela s’amplifie dans les années à venir. C’est pourquoi il est essentiel de pouvoir filtrer efficacement l’eau, en particulier dans les zones disposant de ressources très limitées. »
