Près de 800 millions de personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau potable, et quelque 2,5 milliards de personnes vivent dans des conditions d'insalubrité précaire, selon les Centers for Disease Control and Prevention. Ensemble, l'eau potable insalubre et l'approvisionnement insuffisant en eau à des fins d'hygiène contribuent à près de 90 % de tous les décès dus aux maladies diarrhéiques, et les interventions efficaces d'assainissement de l'eau sont toujours un défi pour les scientifiques et les ingénieurs.
Une nouvelle étude publiée dans Nature Nanotechnologie propose une nouvelle stratégie basée sur la nanotechnologie pour améliorer la filtration de l'eau. Le projet de recherche porte sur les vibrations infimes de nanotubes de carbone appelés « phonons, " qui améliorent considérablement la diffusion de l'eau à travers les filtres d'assainissement. Le projet était l'effort conjoint d'une équipe de recherche de l'Université Tsinghua et de l'Université de Tel Aviv et était dirigé par le professeur Quanshui Zheng du Centre Tsinghua pour la nano et la micro mécanique et le professeur Michael Urbakh de l'école de chimie TAU, à la fois du Centre TAU-Tsinghua XIN, en collaboration avec le Prof. François Gray de l'Université de Genève.
Secouer, hochet, et rouler
"Nous avons découvert que de très petites vibrations aident les matériaux, qu'elles soient humides ou sèches, glisser plus facilement l'un sur l'autre, " a déclaré le professeur Urbakh. " Grâce aux oscillations des phonons - les vibrations des nanotubes porteurs d'eau - le transport de l'eau peut être amélioré, et l'assainissement et le dessalement améliorés. Les systèmes de filtration d'eau nécessitent beaucoup d'énergie en raison de la friction au niveau nano. Avec ces oscillations, cependant, nous avons assisté à trois fois l'efficacité du transport par eau, et, bien sûr, beaucoup d'énergie économisée."
L'équipe de recherche a réussi à démontrer comment, dans les bonnes conditions, de telles vibrations produisent une amélioration de 300 % du taux de diffusion de l'eau en utilisant des ordinateurs pour simuler le flux de molécules d'eau circulant à travers les nanotubes. Les résultats ont des implications importantes pour les processus de dessalement et la conservation de l'énergie, par exemple. améliorer l'efficacité énergétique du dessalement à l'aide de membranes d'osmose inverse à pores à l'échelle nanométrique, ou d'économie d'énergie, par exemple. membranes avec des nanotubes de nitrure de bore.
Crowdsourcing la solution
Le projet, initié par le World Community Grid d'IBM, était une expérience d'informatique participative menée par plus de 150 personnes, 000 bénévoles qui ont contribué leur propre puissance de calcul à la recherche.
"Notre projet a gagné le privilège d'utiliser la grille de la communauté mondiale d'IBM, une plateforme ouverte d'utilisateurs du monde entier, pour exécuter notre programme et obtenir des résultats précis, " a déclaré le professeur Urbakh. " C'était le premier projet de ce genre en Israël, et nous n'aurions jamais pu nous débrouiller avec seulement quatre étudiants dans le laboratoire. Il nous aurait fallu l'équivalent de près de 40, 000 ans de puissance de traitement sur un seul ordinateur. Au lieu de cela, nous avons bénéficié de quelque 150, 000 volontaires informatiques du monde entier, qui ont téléchargé et exécuté le projet sur leurs ordinateurs portables et de bureau.
« L'informatique participative joue un rôle de plus en plus important dans les avancées scientifiques, " Le professeur Urbakh a poursuivi. " Comme le montre notre recherche, l'éventail des questions qui peuvent bénéficier de la participation du public ne cesse de s'élargir. »
Les simulations informatiques ont été conçues par Ming Ma, qui est diplômé de l'Université Tsinghua et fait sa recherche postdoctorale dans le groupe du professeur Urbakh à la TAU. Ming a catalysé la collaboration internationale. « Les étudiants de Tsinghua sont remarquables. Le projet représente la coopération très positive entre les deux universités, qui se déroule à XIN et à cause de XIN, " a déclaré le professeur Urbakh.
Les autres partenaires de ce projet international comprennent des chercheurs du London Centre for Nanotechnology de l'University College London; l'Université de Genève; l'Université de Sydney et l'Université Monash en Australie; et l'Université Xi'an Jiaotong en Chine. Les chercheurs sont actuellement en discussion avec des entreprises intéressées à exploiter le savoir-faire en matière d'oscillation pour divers projets commerciaux.
