Si vous n'avez plus d'eau potable lors d'un voyage de camping au bord d'un lac, il y a une solution simple :casser une branche du pin le plus proche, enlevez l'écorce, et versez lentement l'eau du lac à travers le bâton. Le filtre improvisé doit piéger toutes les bactéries, produire du frais, eau non contaminée.

En réalité, une équipe du MIT a découvert que ce système de filtration rudimentaire peut produire jusqu'à quatre litres d'eau potable par jour, de quoi étancher la soif d'une personne moyenne.

Dans un article publié cette semaine dans la revue PLoS UN , les chercheurs démontrent qu'un petit morceau d'aubier peut filtrer plus de 99% des bactéries E. coli de l'eau. Ils disent que la taille des pores de l'aubier - qui contient du tissu de xylème développé pour transporter la sève le long d'un arbre - permet également à l'eau de passer tout en bloquant la plupart des types de bactéries.

Co-auteur Rohit Karnik, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, dit que l'aubier est prometteur, à bas prix, et un matériau efficace pour la filtration de l'eau, en particulier pour les communautés rurales où les systèmes de filtration plus avancés ne sont pas facilement accessibles.

"Les membranes de filtration d'aujourd'hui ont des pores à l'échelle nanométrique qui ne sont pas quelque chose que vous pouvez fabriquer très facilement dans un garage, " dit Karnik. " L'idée ici est que nous n'avons pas besoin de fabriquer une membrane, car il est facilement disponible. Vous pouvez simplement prendre un morceau de bois et en faire un filtre."

Les co-auteurs de l'article sont Michael Boutilier et Jongho Lee du MIT, Valerie Chambers de la Fletcher-Maynard Academy à Cambridge, Masse., et Varsha Venkatesh du lycée Jericho à Jéricho, NEW YORK.

Puiser le flux de sève

Il existe un certain nombre de technologies de purification de l'eau sur le marché aujourd'hui, bien que beaucoup présentent des inconvénients :les systèmes qui reposent sur le traitement au chlore fonctionnent bien à grande échelle, mais sont chers. Faire bouillir de l'eau pour éliminer les contaminants nécessite beaucoup de carburant pour chauffer l'eau. Filtres à membrane, tout en étant capable d'éliminer les microbes, sont chers, besoin d'une pompe, et peut se boucher facilement.

L'aubier peut offrir un faible coût, alternative à petite échelle. Le bois est composé de xylème, tissu poreux qui conduit la sève des racines d'un arbre à sa couronne à travers un système de vaisseaux et de pores. Chaque paroi vasculaire est grêlée de minuscules pores appelés membranes de fosse, à travers laquelle la sève peut essentiellement marelle, circulant d'un navire à l'autre en alimentant des structures le long d'un arbre. Les pores limitent également la cavitation, un processus par lequel les bulles d'air peuvent se développer et se propager dans le xylème, tuant finalement un arbre. Les minuscules pores du xylème peuvent piéger les bulles, empêchant leur propagation dans le bois.

"Les plantes ont dû trouver comment filtrer les bulles mais permettre un écoulement facile de la sève, " observe Karnik. " C'est le même problème avec la filtration de l'eau où nous voulons filtrer les microbes mais maintenir un débit élevé. C'est donc une belle coïncidence que les problèmes soient similaires."

Voir rouge

Pour étudier le potentiel de filtration d'eau de l'aubier, les chercheurs ont ramassé des branches de pin blanc et enlevé l'écorce externe. Ils ont coupé de petites sections d'aubier mesurant environ un pouce de long et un demi-pouce de large, et montés chacun dans des tubes en plastique, scellé avec de l'époxy et fixé avec des pinces.

Avant d'expérimenter avec de l'eau contaminée, le groupe a utilisé de l'eau mélangée à des particules d'encre rouge dont la taille varie de 70 à 500 nanomètres. Après tout le liquide passé à travers, les chercheurs ont coupé l'aubier en deux dans le sens de la longueur, et a observé qu'une grande partie du colorant rouge était contenue dans les couches supérieures du bois, tandis que le filtrat, ou eau filtrée, C'était clair. Cette expérience a montré que l'aubier est naturellement capable de filtrer les particules de plus de 70 nanomètres environ.

Cependant, dans une autre expérience, l'équipe a découvert que l'aubier était incapable de séparer les particules de 20 nanomètres de l'eau, suggérant qu'il existe une limite à la taille des particules que l'aubier de conifère peut filtrer.

Choisir la bonne plante

Finalement, l'équipe coulait inactivée, E. coli - de l'eau contaminée à travers le filtre à bois. Lorsqu'ils ont examiné le xylème au microscope à fluorescence, ils ont vu que des bactéries s'étaient accumulées autour des membranes des fosses dans les premiers millimètres du bois. Compter les cellules bactériennes dans l'eau filtrée, les chercheurs ont découvert que l'aubier était capable de filtrer plus de 99 pour cent des E. coli de l'eau.

Karnik dit que l'aubier peut probablement filtrer la plupart des types de bactéries, dont les plus petits mesurent environ 200 nanomètres. Cependant, le filtre ne peut probablement pas piéger la plupart des virus, qui sont beaucoup plus petits.

Karnik dit que son groupe envisage maintenant d'évaluer le potentiel de filtrage d'autres types d'aubier. En général, les arbres à fleurs ont des pores plus petits que les conifères, suggérant qu'ils peuvent être capables de filtrer des particules encore plus petites. Cependant, les vaisseaux des arbres en fleurs ont tendance à être beaucoup plus longs, ce qui peut être moins pratique pour concevoir un filtre à eau compact.

Les concepteurs intéressés par l'utilisation de l'aubier comme matériau filtrant devront également trouver des moyens de maintenir le bois humide, ou de le sécher en conservant la fonction xylème. Dans d'autres expériences avec de l'aubier séché, Karnik a constaté que l'eau ne s'écoulait pas bien, ou coulait à travers des fissures, mais n'a pas filtré les contaminants.

"Il y a d'énormes variations entre les plantes, " dit Karnik. " Il pourrait y avoir de bien meilleures plantes qui conviennent à ce processus. Idéalement, un filtre serait une fine tranche de bois que vous pourriez utiliser pendant quelques jours, puis jetez-le et remplacez-le presque sans frais. C'est des ordres de grandeur moins chers que les membranes haut de gamme sur le marché aujourd'hui."