Le mangrove survit dans son habitat subtropical en convertissant efficacement l'eau salée de son environnement en eau douce, un exploit technique qui a longtemps déconcerté les scientifiques.

Maintenant, une équipe de chercheurs du laboratoire du professeur d'ingénierie de Yale, Menachem Elimelech, a mis au point un dispositif de purification d'eau qui imite la mangrove. En plus d'offrir une meilleure compréhension des systèmes de plomberie des usines, cela pourrait conduire à de nouvelles technologies de dessalement, dit son équipe de recherche. Les résultats sont apparus le 21 février dans Avancées scientifiques .

"Nous montrons le mécanisme qui a été proposé pour le fonctionnement des mangroves, " a déclaré le co-auteur Jay Werber, un ancien étudiant diplômé en génie chimique et environnemental dans le laboratoire d'Elimelech. "Nous ne sommes pas des biologistes, mais nous abordons cela d'un point de vue technique."

Elimelech est le professeur Roberto C. Goizueta de Yale en génie chimique et environnemental.

Le dispositif, que les chercheurs appellent une mangrove artificielle, combine les effets dessalants de la racine de mangrove, le pompage capillaire des feuilles, et la capacité de conduction de l'eau de la tige. La clé de son succès est sa capacité à générer un niveau élevé de pression négative, semblable à ce que vous créez lorsque vous buvez avec une paille. Dans la mangrove synthétique, l'évaporation à partir de membranes spécialement conçues—agissant comme des "feuilles"—crée une grande pression négative, qui entraîne le dessalement de l'eau salée à travers une membrane semi-perméable "racine".

Les arbres ont besoin d'une pression négative - générée lorsque l'eau s'évapore à travers les feuilles - pour absorber suffisamment d'eau. Mangroves, qui peuvent être trouvés en Floride et sont particulièrement abondants dans des pays comme l'Indonésie, Brésil, et la Malaisie, effectuer un tour doublement impressionnant, les chercheurs ont déclaré :Ils doivent produire une pression négative plus importante que l'arbre typique pour boire l'eau salée de leur environnement. Plus, ils dessalent cette eau avec leurs racines, dans un processus appelé osmose inverse.

Particulièrement impressionnant, les chercheurs notent, est la façon dont les arbres minimisent la formation de bulles d'air à l'intérieur de leur système de tubes d'eau, connu sous le nom de xylème. L'eau a tendance à former des bulles sous des pressions négatives élevées, ce qui perturberait l'écoulement de l'eau dans le xylème de la plante.

Co-auteur Yunkun Wang, un chercheur postdoctoral, a déclaré que l'appareil des chercheurs réussit un exploit similaire en minimisant la formation de poches d'air, dû en partie à une structure de silice poreuse connue sous le nom de fritte qui est positionnée au milieu de l'appareil.

En plus de résoudre certains mystères de longue date sur l'hydraulique des arbres, Werber a dit, les travaux des chercheurs pourraient potentiellement conduire à la création de dispositifs à petite échelle pour séparer des solutions. "Typiquement, vous avez une pompe coûteuse qui crée une pression très élevée pour séparer ces choses, " dit-il. " Avec le dispositif de mangrove, vous pouvez utiliser l'évaporation pour conduire cela de manière complètement passive."

Les chercheurs ont déclaré que l'appareil serait particulièrement utile dans les situations où l'électricité n'est pas facilement disponible.

Non seulement l'appareil des chercheurs a imité le processus naturel, il générait une pression négative beaucoup plus importante que celle générée par le mangrove et pouvait dessaler l'eau avec une concentration en sel près de 10 fois celle de l'eau de mer. Elimelech a déclaré que cela signifie que cela pourrait conduire à des moyens de dessaler de l'eau très salée, comme l'eau produite par hydrofracturation.

Plus immédiatement, bien que, il a déclaré que l'appareil offrait une fenêtre sur un processus qui n'était pas clair depuis longtemps.

"Nous étions juste curieux de savoir comment la nature fait certaines choses, et c'est une chose tellement incroyable que nous avons pu la décrire avec la physique, " a déclaré Elimelech. "Nous avons montré que l'arbre suit des principes physiques, et que nous pouvons les imiter dans un dispositif microfluidique."

Co-auteur Jongho Lee, un chercheur postdoctoral, a déclaré que l'appareil a également le potentiel d'être utilisé pour la réduction des inondations en l'intégrant dans des "villes éponges", c'est-à-dire zones urbaines conçues pour absorber et capter l'eau de pluie et l'évacuer rapidement. « Les bâtiments pourraient être conçus pour fonctionner comme des palétuviers :leurs murs extérieurs fonctionneraient comme des feuilles et les fondations agiraient comme des racines filtrant les contaminants, " il a dit.