Extraire le sel de l’eau de mer pour la rendre potable implique un certain nombre de défis scientifiques. Des chercheurs ont récemment travaillé sur l’optimisation de la membrane utilisée pour le processus de dessalement. Ces recherches promettent de rendre les opérations plus accessibles à l’avenir.Â
Les usines de dessalement permettent d’obtenir de l’eau douce à partir de l’eau des océans (ou de l’eau saumâtre des estuaires). On en dénombre un peu plus de 20 000 dans le monde, principalement en Arabie saoudite, aux Émirats arabes unis, en Israël et au Qatar. Leur nombre devrait également augmenter au cours de ces prochaines années, compte tenu de la demande en eau de plus en plus forte et de l’épuisement des ressources. Malheureusement, le traitement de cette eau coûte encore très cher et consomme beaucoup d’énergie.
Trois méthodes
Ces usines s’appuient sur trois méthodes principales. La première est celle de la distillation thermique. Lors de ce processus, l’eau de mer est tamisée de manière à éliminer les plus grosses impuretés. Elle est ensuite chauffée jusqu’à évaporation dans des cuves où les sels se déposent. L’eau évaporée passe enfin dans une cuve de condensation où elle revient sous une forme liquide tout en étant déminéralisée.
La seconde méthode est celle de l’électrodialyse qui assure le passage de l’eau à travers des membranes sous l’effet d’un champ électrique. Cette méthode s’applique en revanche uniquement aux eaux dont la salinité est faible.
Enfin, nous avons la technique dite de l’osmose inverse. Ici, l’eau est d’abord filtrée via des couches de sable et de charbon de manière à ce qu’il ne reste que les sels. Elle est ensuite projetée sous forte pression à travers des membranes ultra-fines qui se chargent de retenir les sels. Des sels minéraux sont finalement rajoutés à l’eau pour la rendre propre à la consommation.
C’est cette troisième méthode qui nous intéresse aujourd’hui. Dans le cadre d’une étude récente, des chercheurs l’Université du Texas à Austin ont travaillé sur l’optimisation des membranes utilisées pour le processus de dessalement de manière à rendre les opérations plus abordables, et donc plus accessibles à l’avenir.
« Les membranes d’osmose inverse sont largement utilisées pour nettoyer l’eau, mais nous en savons toujours très peu à leur sujet », explique Manish Kumar, coauteur de ces travaux. « Nous ne pouvions pas vraiment expliquer la manière l’eau les traversait. Aussi, toutes les améliorations opérées au cours des quarante dernières années ont été essentiellement faites dans le noir« .
L’importance de la distribution de masse
Dans la revue Science, les scientifiques soulignent avoir trouvé un moyen de rendre ces membranes 30 à 40% plus efficaces en termes d’énergie nécessaire pour filtrer l’eau. La clé de leur approche réside dans la densité des membranes à l’échelle nanométrique.
Pour avoir un aperçu plus clair de ces membranes, les chercheurs se sont appuyés sur une technique de microscopie électronique multimodale qui combine une analyse de la composition chimique avec une cartographie 3D à l’échelle nanométrique pour modéliser l’efficacité du nettoyage de l’eau. Ces travaux ont révélé que les incohérences et les « zones mortes » dans les membranes jouaient en réalité un rôle plus important que l’épaisseur des membranes elles-mêmes.
« Vous pouvez voir à quel point certaines zones sont plus ou moins denses dans un filtre à café rien qu’à l’oeil nu« , explique l’ingénieur chimiste Enrique Gomez. « Dans les membranes de filtration, c’est un peu la même chose. Elles paraissent uniformes, mais ce n’est pas le cas à l’échelle nanométrique. Et la façon dont vous contrôlez cette distribution de masse est vraiment importante pour les performances de filtration de l’eau« .
D’après les chercheurs, le fait de s’assurer que la densité des membranes soit uniformément répartie permettrait de nettoyer davantage d’eau avec moins d’énergie.
