Le graphène s'est avéré être un matériau miracle doté d'une vaste gamme de propriétés uniques. L'une des merveilles les moins connues du graphène est son étrange histoire d'amour avec l'eau.

Le graphène est hydrophobe - il repousse l'eau - mais des capillaires étroits fabriqués à partir de graphène aspirent vigoureusement l'eau permettant sa perméation rapide, si la couche d'eau n'a qu'un atome d'épaisseur, c'est-à-dire aussi mince que le graphène lui-même.

Cette propriété étrange a suscité un intérêt académique et industriel intense dans le but de développer de nouvelles technologies de filtration et de dessalement de l'eau.

Les capillaires de graphène d'un atome de large peuvent désormais être fabriqués facilement et à moindre coût en empilant des couches d'oxyde de graphène - un dérivé du graphène - les unes sur les autres. Les empilements multicouches résultants (stratifiés) ont une structure similaire à la nacre (nacre), ce qui les rend également résistants mécaniquement.

Il y a deux ans, Des chercheurs de l'Université de Manchester ont découvert que les membranes minces fabriquées à partir de tels stratifiés étaient imperméables à tous les gaz et vapeurs, sauf pour l'eau. Cela signifie que même l'hélium, le gaz le plus difficile à bloquer, ne peut pas traverser les membranes alors que la vapeur d'eau a traversé sans résistance.

Maintenant, la même équipe dirigée par le Dr Rahul Nair et le professeur Andre Geim a testé la qualité des membranes de graphène en tant que filtres pour l'eau liquide. Les résultats paraissent dans le dernier numéro (14 février, 2014) de Science .

Les chercheurs rapportent que, s'il est immergé dans l'eau, les stratifiés deviennent légèrement gonflés mais permettent toujours un écoulement ultra-rapide de non pas une mais deux monocouches d'eau.

De petits sels d'une taille inférieure à neuf Angströms peuvent s'écouler, mais les ions ou molécules plus gros sont bloqués. Dix Angstroms équivaut à un milliardième de mètre.

Les filtres de graphène ont un maillage étonnamment précis qui leur permet de distinguer les espèces atomiques qui ne diffèrent que de quelques pour cent en taille.

En plus de cette séparation ultra précise, il est également ultrarapide. Les ions qui peuvent traverser le font à une vitesse telle que si les membranes de graphène étaient un filtre à café ordinaire.

Ce dernier effet est dû à une propriété que les scientifiques de Manchester appellent "l'épongeage ionique". Leurs capillaires de graphène aspirent de petits ions comme de puissants aspirateurs conduisant à des concentrations internes qui peuvent être des centaines de fois plus élevées que dans les solutions salines externes.

Le Dr Nair a déclaré :« La filtration de l'eau est aussi rapide et précise qu'on pourrait l'espérer pour des capillaires aussi étroits. Maintenant, nous voulons contrôler la taille du maillage du graphène et la réduire en dessous de neuf Angströms pour filtrer même les plus petits sels comme dans l'eau de mer. Notre travail montre que c'est possible."

Dr Irina Grigorieva, un co-auteur de l'étude, a ajouté :"Notre objectif ultime est de fabriquer un dispositif filtrant qui permette un verre d'eau potable à base d'eau de mer après quelques minutes de pompage manuel. Nous n'en sommes pas encore là mais ce n'est plus de la science-fiction".