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Du graphène pour dessaler l'eau de mer

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Fournir de l'eau potable à toute l'humanité est un problème qui devient de plus en plus pressant. Le dessalement de l'eau de mer serait une solution mais elle est coûteuse en énergie. Des chercheurs du MIT viennent de montrer sur ordinateur que des membranes fabriquées avec du graphène seraient plus efficaces que celles existantes à ce jour.

Une représentation d'artiste d'un feuillet de graphène avec la structure hexagonale des atomes de carbone formant le feuillet. © Jannik Meyer

La population humaine ne cesse de croître et ses besoins en eau potable aussi. Des solutions sont cherchées mais le problème est complexe, d'autant plus qu'on se trouve confrontés à une raréfaction annoncée des sources d'énergie, c'est-à-dire du pétrole. Pour aggraver le tableau, le réchauffement climatique ne nous laissera pas d'autre choix que d'utiliser de plus en plus les sources d'énergie vertes. Plus inquiétant, il semble que le pire scénario envisagé dans les années 1970 par les membres du Club de Rome à propos de la surpopulation soit en train de se produire, si l'on en croit certains experts.

Mais tout n'est peut-être pas encore joué. Dans les 20 ans à venir, des révolutions, comme celle de la nanotechnologie, vont peut-être nous éviter le pire. On ne sait pas ce qui ressortira véritablement du projet Iter et il semble peu crédible que des centrales solaires géantes soient mises en orbite avant la fin de la première moitié du XXIe siècle.

Une image d'artiste illustrant le dessalement de l'eau de mer avec une membrane de graphène. Sur la droite, on voit des molécules d'eau (en rouge) avec les atomes issus du sel en solution (en vert). La membrane de graphène au centre ne laisse passer que les molécules d'eau sur la gauche. © David Cohen-Tanugi

Mais le problème de l'eau potable est plus généralement une question de purification de l'eau. Pour beaucoup de pays, surtout si les ressources en eau douce chutent avec la pluviosité en raison du réchauffement climatique (on peut penser au risque de la fonte des glaciers alimentant les fleuves de l'Inde), il va s'agir aussi d'une question de dessalement de l'eau de mer.

Il est possible de le faire en exploitant le phénomène d'osmose inverse avec des membranes. Une technologie simple à mettre en œuvre mais gourmande en énergie. Un groupe de chercheurs du MIT, la célèbre université américaine où enseigne Walter Lewin, vient de proposer une solution.

Dessalement au graphène... sur ordinateur

Les systèmes permettant de réaliser l'osmose inverse avec des membranes poreuses nécessitent de très hautes pressions et donc consomment beaucoup d'énergie. Or, le graphène est l'un des matériaux les plus résistants au monde et se présente comme une couche dont l'épaisseur est celle d'un atome de carbone. Serait-il possible de purifier l'eau avec des membranes en graphène mille fois moins épaisses que celles utilisées aujourd'hui et nécessitant moins d'énergie ?


Un des chercheurs du MIT explique ses travaux. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur « cc » pour que s'affichent d'abord des sous-titres en anglais, si ceux-ci n'apparaissent pas déjà. En passant simplement la souris sur « cc », il apparaîtra « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français » puis « ok ». © MITNewsOffice/YouTube

Le processus d'osmose inverse n'est toujours pas très bien compris malgré des décennies de recherches. Mais on peut le simuler sur ordinateur avec les mêmes techniques de dynamique moléculaire que l'on emploie pour comprendre, par exemple, la physique de l'intérieur des planètes. Les chercheurs ont ainsi déterminé qu'avec un feuillet de graphène possédant des nanopores de presque 1 nanomètre (nm) de diamètre, l'osmose inverse se produit des centaines de fois plus vite que dans les applications habituelles, ou encore qu'elle se produit à la même vitesse qu'avec des membranes classiques mais avec des pressions bien plus faibles. Remarquablement, si les nanopores étaient plus petits, le phénomène serait moins rapide et serait même impossible en dessous d'un diamètre de 0,7 nm.

Il reste tout de même deux problèmes à résoudre. Le premier est de parvenir à produire du graphène de façon massive et peu coûteuse. Le second est que l'on ne sait pas encore fabriquer des feuillets de graphène avec des pores aussi petits. Mais il y a de l'espoir. Peut-être que d'ici quelques décennies, des centaines de millions de personnes disposeront d'eau potable grâce aux travaux de scientifiques s'amusant à explorer le nanomonde...