(PhysOrg.com) -- L'eau potable est souvent en forte demande et en pénurie à la suite d'une catastrophe naturelle comme le tremblement de terre en Haïti ou l'ouragan Katrina. Dans ces deux cas, les zones sinistrées étaient proches de la mer, mais la conversion de l'eau de mer salée en eau douce potable nécessite généralement une grande quantité d'énergie électrique fiable et des usines de dessalement à grande échelle - dont aucune n'était disponible dans les zones sinistrées.

Une nouvelle approche de dessalement développée par des chercheurs du MIT et en Corée pourrait conduire à de petites, des unités portables qui pourraient être alimentées par des cellules solaires ou des batteries et pourraient fournir suffisamment d'eau douce pour répondre aux besoins d'une famille ou d'un petit village. En prime, le système éliminerait également de nombreux contaminants, virus et bactéries à la fois.

La nouvelle approche, appelé polarisation de concentration ionique, est décrit dans un article de l'associé postdoctoral Sung Jae Kim et du professeur agrégé Jongyoon Han, à la fois dans le département de génie électrique et d'informatique du MIT, et collègues en Corée. L'article a été publié le 21 mars dans la revue Nature Nanotechnologie .

L'une des principales méthodes de dessalement, appelé osmose inverse, utilise des membranes qui filtrent le sel, mais ceux-ci nécessitent des pompes puissantes pour maintenir la haute pression nécessaire pour pousser l'eau à travers la membrane, et sont sujets à l'encrassement et au blocage des pores de la membrane par le sel et les contaminants. Le nouveau système sépare les sels et les microbes de l'eau en les repoussant électrostatiquement loin de la membrane sélective d'ions dans le système - de sorte que l'eau qui coule n'a jamais besoin de traverser une membrane. Cela devrait éliminer le besoin de haute pression et les problèmes d'encrassement, disent les chercheurs.

Le système fonctionne à l'échelle microscopique, en utilisant des méthodes de fabrication développées pour les dispositifs microfluidiques - similaires à la fabrication de micropuces, mais en utilisant des matériaux tels que le silicone (caoutchouc synthétique). Chaque appareil individuel ne traiterait que des quantités infimes d'eau, mais un grand nombre d'entre eux - les chercheurs envisagent un tableau avec 1, 600 unités fabriquées sur une plaquette de 8 pouces de diamètre - pourraient produire environ 15 litres d'eau par heure, assez pour fournir de l'eau potable à plusieurs personnes. L'ensemble de l'unité pourrait être autonome et entraîné par gravité - de l'eau salée serait versée au sommet, et de l'eau douce et de la saumure concentrée collectés à partir de deux sorties au fond.

Cette petite taille pourrait en fait être un avantage pour certaines applications, Kim explique. Par exemple, dans une situation d'urgence comme le tremblement de terre d'Haïti, l'infrastructure de livraison pour fournir de l'eau douce aux personnes qui en ont besoin faisait largement défaut, si petit, des unités portables que les individus pourraient transporter auraient été particulièrement utiles.

Jusque là, les chercheurs ont testé avec succès une seule unité, en utilisant de l'eau de mer qu'ils ont récupérée sur une plage du Massachusetts. L'eau a alors été volontairement contaminée par de petites particules de plastique, protéines et sang humain. L'unité a éliminé plus de 99 pour cent du sel et d'autres contaminants. « Nous avons clairement démontré que nous pouvons le faire au niveau de la puce unitaire, ", dit Kim. Le travail a été principalement financé par une subvention de la National Science Foundation, ainsi qu'une subvention du SMART Innovation Center

Alors que la quantité d'électricité requise par cette méthode est en réalité légèrement supérieure à celle des méthodes actuelles à grande échelle telles que l'osmose inverse, aucune autre méthode ne peut produire un dessalement à petite échelle avec un tel niveau d'efficacité, disent les chercheurs. S'il est correctement conçu, le système proposé n'utiliserait qu'environ autant d'énergie qu'une ampoule conventionnelle.

Mark A. Shannon du Center of Advanced Materials for the Purification of Water with Systems de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, qui n'a pas participé à ce travail, est d'accord avec cette évaluation. Dans un article de News &Views qui accompagne le document Nature Nanotechnology, il écrit que le nouveau système atteint "peut-être la plus faible énergie jamais vue pour dessaler des microlitres d'eau, » et lorsque plusieurs de ces micro-unités sont combinées en parallèle, comme le proposent Kim et ses co-auteurs, "il pourrait être utilisé pour fournir des litres d'eau par heure en utilisant uniquement une batterie et un écoulement d'eau par gravité." Qui répond à un besoin important, il dit, étant donné qu'il existe actuellement peu de méthodes efficaces de dessalement à petite échelle, à la fois pour les urgences et pour une utilisation dans les zones reculées des pays pauvres.

Alex Iles, chercheur à l'Université de Hull en Grande-Bretagne, dit que même si des tests supplémentaires doivent être effectués pour établir la stabilité à long terme et les techniques de fabrication, « Il s'agit d'un nouveau concept élégant pour le dessalement de l'eau. » Il dit qu'il est susceptible de produire un faible coût, système à faible entretien qui pourrait être « idéal pour des applications telles que les secours en cas de catastrophe ». Lorsqu'il a été présenté pour la première fois lors d'une conférence à laquelle il a assisté l'année dernière, Iles dit, « Je pensais que c'était probablement le nouveau travail le plus important de toute la conférence, même si ce n'était qu'une affiche.

Le principe de base qui rend le système possible, appelé polarisation de concentration ionique, est un phénomène omniprésent qui se produit à proximité de matériaux sélectifs pour les ions (tels que Nafion, souvent utilisé dans les piles à combustible) ou des électrodes, et cette équipe et d'autres chercheurs ont appliqué le phénomène à d'autres applications telles que la préconcentration de biomolécules. Cette application à la purification de l'eau n'a pas été tentée auparavant, toutefois.

Étant donné que la séparation se produit électrostatiquement, cela ne fonctionne pas pour éliminer les contaminants qui n'ont pas de charge électrique. Pour prendre soin de ces particules restantes - principalement des polluants industriels - les chercheurs suggèrent que l'unité pourrait être combinée avec un système de filtre à charbon conventionnel, atteignant ainsi la pureté, l'eau potable grâce à un seul appareil simple.

Ayant prouvé le principe dans un appareil monobloc, Kim et Han prévoient de produire un appareil de 100 unités pour démontrer la mise à l'échelle du processus, suivi d'un 10, Système de 000 unités. Ils s'attendent à ce qu'il faille environ deux ans avant que le système soit prêt à être développé en tant que produit.

"Après ça, " dit Kim, « nous saurons si c'est possible » pour que cela fonctionne comme un solide, système portatif, « et sur quels problèmes il faudrait peut-être travailler ».