Les ingénieurs du MIT ont développé une nouvelle approche pour éliminer le plomb ou d'autres contaminants de métaux lourds de l'eau, dans un processus qui, selon eux, est beaucoup plus économe en énergie que tout autre système actuellement utilisé, bien qu'il y en ait d'autres en cours de développement qui s'en rapprochent. Finalement, il pourrait être utilisé pour traiter les approvisionnements en eau contaminée par le plomb au niveau de la maison, ou pour traiter l'eau contaminée par certains procédés chimiques ou industriels.

Le nouveau système est le dernier d'une série d'applications basées sur les premières découvertes faites il y a six ans par les membres de la même équipe de recherche, initialement développé pour le dessalement d'eau de mer ou d'eau saumâtre, et plus tard adapté pour éliminer les composés radioactifs de l'eau de refroidissement des centrales nucléaires. La nouvelle version est la première méthode de ce type qui pourrait être applicable pour le traitement des approvisionnements en eau des ménages, ainsi que des usages industriels.

Les résultats sont publiés aujourd'hui dans la revue Sciences et technologies de l'environnement -L'eau, dans un article des étudiants diplômés du MIT Huanhuan Tian, Mohamed Alkhadra, et Kameron Conforti, et professeur de génie chimique Martin Bazant.

"Il est notoirement difficile d'éliminer les métaux lourds toxiques qui sont persistants et présents dans de nombreuses sources d'eau différentes, " dit Alkhadra. " De toute évidence, il existe aujourd'hui des méthodes concurrentes qui remplissent cette fonction, il s'agit donc de savoir quelle méthode peut le faire à moindre coût et de manière plus fiable."

Le plus grand défi en essayant d'éliminer le plomb est qu'il est généralement présent dans de si petites concentrations, largement dépassé par d'autres éléments ou composés. Par exemple, le sodium est généralement présent dans l'eau potable à une concentration de dizaines de parties par million, alors que le plomb peut être hautement toxique à seulement quelques parties par milliard. La plupart des processus existants, comme l'osmose inverse ou la distillation, tout enlever d'un coup, Alkhadra explique. Cela prend non seulement beaucoup plus d'énergie qu'il n'en faudrait pour une élimination sélective, mais c'est contre-productif car de petites quantités d'éléments tels que le sodium et le magnésium sont en fait essentielles pour une eau potable saine.

La nouvelle approche consiste à utiliser un procédé appelé électrodialyse de choc, dans lequel un champ électrique est utilisé pour produire une onde de choc à l'intérieur d'un tuyau transportant l'eau contaminée. L'onde de choc sépare le liquide en deux flux, tirant sélectivement certains atomes chargés électriquement, ou des ions, vers un côté du flux en ajustant les propriétés de l'onde de choc pour correspondre aux ions cibles, tout en laissant un jet d'eau relativement pure de l'autre côté. Le flux contenant les ions plomb concentrés peut alors être facilement séparé à l'aide d'une barrière mécanique dans le tuyau.

En principe, « cela rend le processus beaucoup moins cher, " Bazant dit, "parce que l'énergie électrique que vous mettez pour faire la séparation va vraiment après la cible de grande valeur, qui est le plomb. Vous ne gaspillez pas beaucoup d'énergie à éliminer le sodium. » Parce que le plomb est présent à une concentration si faible, "il n'y a pas beaucoup de courant impliqué dans l'élimination de ces ions, cela peut donc être un moyen très rentable. »

Le procédé a encore ses limites, comme cela n'a été démontré qu'à petite échelle de laboratoire et à des débits assez lents. L'intensification du processus pour le rendre pratique pour une utilisation à domicile nécessitera des recherches supplémentaires, et les utilisations industrielles à plus grande échelle prendront encore plus de temps. Mais cela pourrait être pratique d'ici quelques années pour certains systèmes à domicile, dit Bazant.

Par exemple, une maison dont l'approvisionnement en eau est fortement contaminé par du plomb peut avoir un système dans la cave qui traite lentement un jet d'eau, remplir un réservoir avec de l'eau sans plomb à utiliser pour boire et cuisiner, tout en laissant la plupart de l'eau non traitée pour des utilisations comme la chasse d'eau ou l'arrosage de la pelouse. De telles utilisations pourraient être appropriées comme mesure provisoire pour des endroits comme Flint, Michigan, où l'eau, majoritairement contaminés par les canalisations de distribution, Il faudra de nombreuses années pour remédier à la situation par le remplacement des canalisations.

Le procédé pourrait également être adapté pour certaines utilisations industrielles telles que le nettoyage des eaux produites dans les opérations minières ou de forage, afin que l'eau traitée puisse être éliminée ou réutilisée en toute sécurité. Et dans certains cas, cela pourrait également fournir un moyen de récupérer les métaux qui contaminent l'eau mais pourraient en fait être un produit précieux s'ils étaient séparés; par exemple, certains de ces minéraux pourraient être utilisés pour traiter des semi-conducteurs ou des produits pharmaceutiques ou d'autres produits de haute technologie, disent les chercheurs.

Les comparaisons directes de l'économie d'un tel système par rapport aux méthodes existantes sont difficiles, Bazant dit, car dans les systèmes de filtration, par exemple, les coûts concernent principalement le remplacement des matériaux filtrants, qui s'encrassent rapidement et deviennent inutilisables, alors que dans ce système, les coûts concernent principalement l'apport d'énergie continu, ce qui est très petit. À ce point, le système d'électrodialyse choc a fonctionné pendant plusieurs semaines, mais il est trop tôt pour estimer la longévité réelle d'un tel système, il dit.

Développer le processus en un produit commercial évolutif prendra un certain temps, mais "nous avons montré comment cela pouvait être fait, d'un point de vue technique, " dit Bazant. " L'enjeu principal serait d'ordre économique, " ajoute-t-il. Cela inclut de déterminer les applications les plus appropriées et de développer des configurations spécifiques qui répondraient à ces utilisations. "Nous avons une idée raisonnable de la façon de faire évoluer cela. Il s'agit donc d'avoir les ressources, " qui pourrait être un rôle pour une start-up plutôt qu'un laboratoire de recherche académique, il ajoute.

"Je pense que c'est un résultat passionnant, " il dit, « car cela montre que nous pouvons vraiment aborder cette application importante » du nettoyage du plomb de l'eau potable. Par exemple, il dit, il y a des endroits maintenant qui effectuent le dessalement de l'eau de mer par osmose inverse, mais ils doivent exécuter ce processus coûteux deux fois de suite, d'abord retirer le sel, puis à nouveau pour éliminer les contaminants de faible niveau mais hautement toxiques comme le plomb. Ce nouveau procédé pourrait être utilisé à la place du deuxième cycle d'osmose inverse, à une dépense énergétique bien moindre.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.