L'ingénieur de l'Université de Virginie Jim Smith et le Dr Rebecca Dillingham, co-directeurs de PureMadi, sont présentés avec l'un des filtres à eau en céramique que leur entreprise fabrique et distribue en Afrique du Sud pour les communautés ayant peu d'accès à l'eau potable. Université de Virginie La nourriture et le logement sont cruciaux pour vivre, mais personne ne peut survivre très longtemps sans eau. C'est pourquoi, depuis le début de l'histoire, les civilisations ont vécu à proximité de sources abondantes de H20.
Mais il ne suffit pas d'en avoir beaucoup. La même eau qui donne la vie peut aussi rendre les gens malades ou même les tuer, s'il contient des substances dangereuses ou des microbes pathogènes. Et puisque les gens utilisent l'eau pour des activités telles que l'irrigation des cultures, lavage et élimination des déchets, les sources d'eau proches d'une population humaine peuvent facilement devenir contaminées [source :Hassan].
Par conséquent, les humains essaient de purifier l'eau depuis des milliers d'années. Dès 1500 avant JC, Les Égyptiens utilisaient l'alun chimique pour filtrer les sédiments en suspension de leur eau potable. Mais ce n'est qu'à la fin des années 1800 et au début des années 1900 que les scientifiques ont compris que les microbes causaient des maladies et que l'eau pouvait être traitée avec du chlore ou de l'ozone pour les éliminer [source :Environmental Protection Agency].
Alors que l'eau qui sort des robinets dans la plupart des pays est maintenant propre et sûre, environ 11% de la population mondiale - 783 millions de personnes - n'a toujours pas accès à l'eau potable, selon une étude des Nations Unies de 2012. Les scientifiques développent donc de nouvelles méthodes pour obtenir de l'eau et la purifier. Voici 10 des technologies les plus prometteuses.
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Une usine de dessalement à Oman. Le processus de dessalement est coûteux mais le nouveau processus de DCMD promet de le rendre moins cher et plus efficace. Franz Aberham/Choix du photographe/Getty Images Si nous pouvions puiser dans les vastes océans comme source d'eau potable, tout le monde en aurait plus qu'assez. Mais cela signifie enlever le sel, ce qui est inefficace et coûteux en utilisant la technologie existante. C'est pourquoi un nouveau processus, développé par le professeur de génie chimique du New Jersey Institute of Technology, Kamalesh Sirkar, a une promesse si éblouissante. Dans le système de distillation membranaire à contact direct (DCMD) de Sirkar, l'eau de mer chauffée traverse une membrane en plastique contenant une série de tubes creux remplis d'eau distillée froide. Les tubes du DCMD ont de minuscules pores, qui sont conçus pour être pénétrés par la vapeur d'eau qui s'y accumule, mais pas par le sel. La vapeur diffuse à travers les pores et est aspirée, à condenser à nouveau en eau liquide.
Selon Sirkar, son système est extrêmement efficace - il peut produire 80 litres (21 gallons) d'eau potable pour 100 litres (26 gallons) d'eau de mer, environ le double de ce que la technologie de dessalement existante peut produire. Un inconvénient potentiel du DCMD est qu'il nécessite un source de chaleur peu coûteuse afin d'éviter que la température de l'eau de chaque côté de la membrane ne s'égalise. Mais il est possible que les systèmes DCMD recyclent un jour la chaleur résiduelle des usines à terre et des opérations de forage pétrolier offshore, ce qui en fait un gagnant-gagnant pour tout le monde [source :Greenmeier].
Ce filtre à eau en grès Doulton, Californie. 1880, a été créé en réponse à la sensibilisation du public à l'eau potable contaminée en Grande-Bretagne. Aujourd'hui, la société Royal Doulton est mieux connue pour sa porcelaine fine mais produit toujours des filtres en céramique et à charbon. Doulton États-Unis Les filtres en céramique d'argile fonctionnent de manière similaire à la technologie de dessalement décrite dans la section précédente. Essentiellement, l'eau coule à travers l'argile qui contient beaucoup de trous vraiment minuscules, qui sont assez gros pour laisser passer les molécules d'eau, mais trop petit pour les bactéries, saleté, et d'autres mauvaises choses [source :Doulton USA]. Le premier appareil de ce type a été développé par un potier britannique, Henri Doulton, au début des années 1800 pour purifier l'eau puisée dans la Tamise, qui était tellement contaminée par les eaux usées brutes que le choléra et la typhoïde étaient des dangers continuels [source :Brodrick].
Depuis Doulton, d'autres inventeurs ont apporté des améliorations à son concept de base, comme l'ajout de revêtements d'argent pour tuer les bactéries, afin que les filtres en céramique d'aujourd'hui fassent un travail encore meilleur pour se débarrasser des agents pathogènes dangereux. Le développement vraiment révolutionnaire, bien que, est que des organisations non gouvernementales humanitaires ont mis en place des usines pour fabriquer et distribuer un grand nombre de filtres en céramique bon marché dans les pays en développement.
Une étude de 2006 a révélé que les Cambodgiens qui utilisaient les filtres simples, qui sont portables et ne nécessitent aucune énergie pour fonctionner, réduit l'incidence des maladies diarrhéiques de 46 pour cent, et E. coli dans leur eau de 95 pour cent par rapport aux taux de 2003 [source :Resource Development International – Cambodge ]
Un inconvénient de ces filtres en céramique est la vitesse de filtration. L'eau s'infiltre par le filtre en argile à un débit de seulement 2 litres (2,11 pintes) par heure. Mais le processus doit être lent pour donner à la solution d'argent le temps de tuer les agents pathogènes. Le filtre n'élimine pas non plus les produits chimiques nocifs comme l'arsenic.
Le tridax procumbens est un membre de la famille des marguerites et une mauvaise herbe très répandue. Elle est également connue sous le nom de marguerite tridax ou boutons de manteau et ressemble beaucoup à cette plante. MARTIN GERTEN/AFP/Getty Images Aux Etats-Unis., les compagnies des eaux ajoutent une petite quantité de fluorure - entre 0,8 et 1,2 milligrammes par litre - à l'eau potable pour protéger les dents de la carie. Mais dans certaines parties du monde, dont l'Inde, le Moyen-Orient et certains pays africains, l'eau contient déjà beaucoup de fluorure d'origine naturelle, et les niveaux peuvent être si élevés qu'ils sont dangereux pour la santé. Dans un village indien, par exemple, un niveau naturel de 5 à 23 milligrammes (.00017 à .008 onces) par litre a causé une anémie sévère aux résidents, articulations raides, insuffisance rénale et dents tachées [source :Organisation mondiale de la santé].
Heureusement, Des chercheurs indiens ont proposé une solution possible dans un article de l'International Journal of Environmental Engineering de mars 2013. Les chercheurs ont développé un système de filtre qui utilise une plante médicinale commune, Tridax procumbens, pour absorber l'excès de fluorure de l'eau potable. La plante, qui a également été utilisé pour extraire les métaux lourds toxiques de l'eau, attire les ions fluorure lorsque l'eau le traverse à une température d'environ 27 degrés Celsius (80,6 degrés Fahrenheit). Le filtre pourrait potentiellement fournir une solution peu coûteuse, moyen facile à utiliser pour rendre l'eau potable dans les endroits où l'approvisionnement contient trop de fluorure. Mais il peut également être utilisé par des personnes aux États-Unis et dans d'autres pays qui n'aiment pas l'idée que du fluorure soit ajouté à leur eau [source :Science Daily].
Entrepôts sur l'Elbe à Hambourg, L'Allemagne à l'époque où les habitants ont subi une épidémie de choléra qui a tué 7 personnes 500. Archives Hulton/Getty Images Le sable et le gravier sont utilisés pour purifier l'eau depuis des milliers d'années, et en 1804, un Écossais du nom de John Gibb a conçu et construit le premier filtre qui filtre l'eau à travers des grains de sable pour éliminer les plus grosses particules de contamination. Sa technologie a si bien fonctionné que très vite, Londres et d'autres grandes villes d'Europe l'utilisaient pour rendre l'eau des rivières plus claire et plus savoureuse.
À la fin des années 1800, les scientifiques ont découvert que le filtrage rendait l'eau plus sûre à boire également, puisque les particules arrêtées par le filtrage étaient celles qui aidaient à transmettre les microbes qui causaient des maladies d'origine hydrique. L'intérêt du filtrage a été démontré en 1892, quand la ville de Hambourg, qui tirait son eau potable de l'Elbe, a subi une épidémie de choléra qui a fait 7 morts 500 personnes, tandis que la ville voisine d'Altona, où l'eau de la même rivière était filtrée, s'est échappé presque intact [source :Huisman et Wood].
Mais récemment, des chercheurs ont découvert comment enrober les grains de sable d'oxyde de graphite pour créer un « super sable » qui aurait la capacité de filtrer les substances nocives telles que le mercure de l'eau cinq fois plus efficacement que le sable ordinaire. Les travaux se poursuivent pour trouver des moyens de faire en sorte que le super sable absorbe encore plus de contamination, et éventuellement l'utiliser dans les pays en développement où les réserves d'eau sont dangereusement polluées [source :Science Daily].
Un professeur de chimie a conçu un système pour éliminer l'arsenic de l'eau potable à l'aide de bouteilles de boisson hachées comme celles-ci. Hans-Peter Merten/La banque d'images/Getty Images Si vous avez vu la comédie noire cinématographique des années 40 "Arsenic and Old Lace, " dans laquelle un couple de vieilles filles bien intentionnées se charge de tirer de leur misère des vieillards solitaires en leur donnant du vin de sureau mêlé d'arsenic, vous savez que cette dernière substance est assez mauvaise. Lorsqu'il contamine l'eau potable, l'arsenic peut causer la vessie, cancer du poumon et de la peau, ainsi que nuire au système nerveux, cœur et vaisseaux sanguins [source :National Resources Defense Council].
Malheureusement, près de 100 millions de personnes dans les pays en développement sont aujourd'hui exposées à des niveaux dangereusement élevés d'arsenic dans leur eau, et ils ne peuvent pas se permettre le complexe, méthodes de purification coûteuses utilisées aux États-Unis pour s'en débarrasser. Cependant, une nouvelle technologie peut offrir une solution. Tsanangurayi Tongesayi, professeur de chimie à l'Université de Monmouth (N. J.), a mis au point un système peu coûteux d'élimination de l'arsenic dans lequel des morceaux de bouteilles de boissons en plastique ordinaires sont recouverts de cystéine , un acide aminé. Lorsque les morceaux de plastique sont ajoutés à l'eau, la cystéine se lie à l'arsenic, l'enlever et rendre l'eau potable. Dans les essais, il a pu prendre de l'eau contenant des niveaux dangereux d'arsenic de 20 parties par milliard, et le réduire à 0,2 partie par milliard, qui répond à la norme de l'Environmental Protection Agency des États-Unis [source :Science Daily]
Les habitants lavent leurs vêtements et vont chercher de l'eau potable à une pompe publique au Gabon. De nombreuses personnes en Afrique souffrent de diarrhée causée par la consommation d'eau contaminée, mais le soleil et le sel se sont révélés être de bons désinfectants. WILFRIED MBINAH/AFP/Getty Images Dans les pays pauvres où les gens n'ont pas les moyens de construire des usines de traitement d'eau coûteuses, ils dépendent parfois d'une ressource gratuite :la lumière du soleil. Une combinaison de chaleur et de rayonnement ultraviolet du soleil
éliminer la plupart des microbes qui causent la diarrhée, une maladie qui coûte la vie à 4, 000 enfants en Afrique chaque jour. Une complication :pour que le processus fonctionne, l'eau doit être claire, qui est un problème dans les zones rurales où les gens s'approvisionnent en eau dans les rivières, ruisseaux et forages qui fournissent de l'eau remplie de particules d'argile en suspension.
Mais Joshua Pearce, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université technologique du Michigan, et sa collègue Brittney Dawney de l'Université Queens en Ontario ont une solution. Dans un article de 2012 du Journal of Water, Assainissement et Hygiène pour le Développement, ils ont proposé un régime de désinfection solaire qui traite d'abord l'eau avec un processus appelé floculation , dans lequel une petite quantité de sel de table est ajoutée à l'eau pour extraire l'argile. Alors que l'eau potable qui en résulte contient des niveaux de sel plus élevés que ceux auxquels les Américains sont habitués, il y en a toujours moins que Gatorade. "J'ai moi-même bu cette eau, " Pearce a déclaré dans une interview. " Si j'étais quelque part sans eau potable et que j'avais des enfants avec la diarrhée, et cela pourrait leur sauver la vie, je l'utiliserais, pas de question" [sources :Science Daily, Dawney et Pearce].
Le kit purificateur d'eau SteriPEN. SteriPEN Pour les voyageurs des pays en développement, l'exposition à de l'eau insalubre peut être un grand risque. Ne serait-ce pas génial si vous pouviez simplement tremper une baguette magique dans l'eau et la purifier ? Maintenant, essentiellement, vous pouvez. Un appareil portatif appelé SteriPEN, commercialisé par la société basée dans le Maine appelée Hydro Photon, utilise la lumière ultraviolette pour éradiquer les micro-organismes pathogènes. L'appareil utilise la même technologie de purification utilisée par les usines d'eau en bouteille, mais il a été miniaturisé, de sorte qu'il ne pèse que 6,5 onces (184 grammes) et se glisse dans un sac à dos. Collez-le dans un litre d'eau de ruisseau ou d'étang pendant 90 secondes, et le tour est joué -- c'est bon à boire [source :Stone]. De tels systèmes de purification d'eau portables peuvent détruire les bactéries, virus et protozoaires, tels que Giardia et Cryptosporidium, qui peut causer des maladies [source :New York Times].
Le grand marché pour SteriPENS est celui des routards et des voyageurs, mais ils sont également utilisés par l'armée américaine. SteriPEN a également fait don de certains appareils à des gardes-chasse qui doivent travailler dans des zones sauvages isolées où ils n'ont pas accès à l'eau du robinet [source :Stone]. Une mise en garde avec la purification aux ultraviolets :l'eau trouble doit d'abord être préfiltrée afin d'éliminer les particules en suspension [source :Centers for Disease Control and Prevention].
La tablette MadiDrop est conçue pour être immergée dans l'eau, tuant 99,9 pour cent de tous les agents pathogènes. Il est plus facile à transporter et moins cher que les filtres en pot mais n'élimine pas les sédiments. Université de Virginie Les filtres sont pratiques, moyen peu coûteux de purifier l'eau dans les pays en développement. Mais une organisation humanitaire à but non lucratif basée à l'Université de Virginie appelée PureMadi - "Madi" est le mot sud-africain Tshivenda pour "eau" - a mis au point une technologie supplémentaire facile à utiliser qui peut purifier un récipient d'eau simplement en y être immergé [source :Samarrai]. Le MadiDrop est un petit disque en céramique, environ la taille d'une galette de hamburger, qui contient des nanoparticules d'argent ou de cuivre tueuses de microbes. Nanoparticules sont fondamentalement vraiment, des objets vraiment minuscules spécialement conçus par les scientifiques pour se comporter comme une seule unité [sources :Samarrai, Mandal].
Le MadiDrop est moins cher, plus facile à utiliser, et plus faciles à transporter que les plus grands filtres de pots de fleurs en céramique (illustrés sur la première page) que PureMadi fabrique déjà dans une usine africaine, selon James Smith, un ingénieur civil et environnemental qui est l'un des porteurs du projet. Le seul bémol, de nouveau, est que le MadiDrop n'élimine pas les particules en suspension qui rendent l'eau trouble. Donc idéalement, les utilisateurs soumettront l'eau à un processus de purification en deux étapes, en utilisant d'abord le filtre en pot de fleurs pour éliminer les sédiments puis en éradiquant les microbes avec MediDrop [source :Samarrai].
Vue aérienne de flamants roses sur le lac Bogoria, Kenya. Cette solution saline, le lac alcalin est abondant avec des cynobactéries qui attirent un grand nombre de flamants roses, parfois 1 million à la fois. Martin Harvey/Gallo Images/Getty Images Beaucoup d'entre nous pensent probablement aux algues comme à cette substance grossière que nous devons nettoyer de nos aquariums de temps en temps, mais ils peuvent également constituer une menace sérieuse pour la santé. Fleurs d'algues bleu-vert, appelées cyanobactéries, se trouvent dans les eaux douces et salées du monde entier. Ils produisent des toxines appelées microcystines qui sont facilement ingérés par les personnes qui boivent, nager ou se baigner dans de l'eau qui en est contaminée. Une fois que les microcystines pénètrent dans votre corps, ils peuvent attaquer vos cellules hépatiques. Ce n'est évidemment pas quelque chose que vous voulez qu'il se produise.
Malheureusement, méthodes conventionnelles de traitement de l'eau, comme la filtration sur sable et la chloration, ne vous débarrassez pas de ces minuscules menaces. C'est pourquoi une nouvelle méthode de purification développée par des chercheurs de l'université écossaise Robert Gordon est si prometteuse. Les chercheurs ont identifié plus de 10 souches différentes de bactéries qui aiment avoir des microcystines pour le déjeuner, et sont capables de les métaboliser afin qu'ils se décomposent en inoffensifs, matériaux non toxiques. Si les bactéries tueuses d'algues sont introduites dans les sources d'eau, ils devraient pouvoir se débarrasser des microcystines et rendre l'eau potable sans utiliser de produits chimiques potentiellement nocifs [source :Science Daily].
Une image 3D d'un nanotube de carbone. Les filtres fabriqués à partir de cela pourraient éliminer les sédiments, bactéries et même des traces d'éléments toxiques de l'eau avec un débit plus rapide que les filtres conventionnels Andrey Prokhorov/E+/Getty Images Nous avons déjà mentionné un nouvel appareil innovant, le MadiDrop, qui utilise des nanoparticules d'argent ou de cuivre pour tuer les bactéries. Mais la nanotechnologie, c'est-à-dire l'ingénierie de vraiment, de très petits objets et structures, plus petit que la largeur d'un cheveu humain - a beaucoup plus de potentiel pour aider à nettoyer l'eau potable dans le monde. Des chercheurs du D.J. Le Sanghvi College of Engineering affirme que les filtres fabriqués à partir de nanotubes de carbone et de fibres d'alumine, par exemple, pourrait être capable d'éliminer non seulement les sédiments et les bactéries, mais même des traces d'éléments toxiques comme l'arsenic.
Un avantage d'utiliser nanofiltres , comme on les appelle, est qu'ils sont plus efficaces que les systèmes de filtration d'eau conventionnels, et ne nécessitent pas autant de pression d'eau. Mais même si leurs pores sont beaucoup plus petits que les filtres conventionnels, ils ont un débit similaire ou plus rapide [source :Science Daily].
Au Massachusetts Institute of Technology, les chercheurs envisagent même d'utiliser la nanotechnologie pour le dessalement. Ils expérimentent l'utilisation de feuilles de graphène , une forme de carbone qui n'a qu'un seul atome d'épaisseur, pour filtrer l'eau de mer. Avec la nanotechnologie, il est possible de créer des feuilles remplies de minuscules trous, juste un milliardième de mètre d'épaisseur, qui peut bloquer les particules de sel mais laisser passer les molécules d'eau [source :Chandler].
Note de l'auteur :10 innovations dans la purification de l'eau
J'ai grandi dans ce que l'on appelait autrefois la Steel Valley dans l'ouest de la Pennsylvanie, où la rivière dont nous dépendions pour l'eau potable était polluée par tout, des métaux lourds aux acides, des mines à ciel ouvert aux eaux usées brutes. Pourtant, d'une certaine manière, quand il est sorti de nos robinets, l'eau avait l'air limpide et avait bon goût. J'ai toujours été perplexe à ce sujet, et s'est demandé quelle technologie élaborée était nécessaire pour le rendre potable. La recherche de cet article m'a intéressé, parce que j'ai appris à la fois l'histoire de la purification de l'eau, et quelles innovations récentes peuvent garantir que les gens à travers la planète ont accès à l'eau potable.
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Sources
