Des chercheurs de l'Université McGill ont démontré une technique qui pourrait permettre la production de solides, des membranes performantes pour exploiter une source abondante d'énergie renouvelable.

Énergie bleue, également appelée énergie osmotique, capitalise sur l'énergie naturellement libérée lorsque deux solutions de salinités différentes se mélangent, conditions qui se produisent dans d'innombrables endroits du monde où l'eau douce et l'eau salée se rencontrent.

La clé pour capturer l'énergie bleue réside dans des membranes sélectivement perméables, qui ne laissent passer qu'un seul constituant d'une solution d'eau salée, soit les molécules d'eau, soit les ions de sel dissous, mais pas l'autre.

Un problème d'échelle

À ce jour, les projets d'énergie bleue à grande échelle tels que la centrale électrique norvégienne de Statkraft ont été entravés par le faible rendement de la technologie membranaire existante. Dans le laboratoire, les chercheurs ont développé des membranes à partir de nanomatériaux exotiques qui se sont révélées très prometteuses en termes de quantité d'énergie qu'elles peuvent générer par rapport à leur taille. Mais cela reste un défi de transformer ces matériaux extrêmement minces en composants suffisamment grands et suffisamment solides pour répondre aux exigences des applications du monde réel.

Dans les résultats récemment publiés dans Lettres nano , une équipe de physiciens de McGill a démontré une technique qui pourrait permettre de surmonter ce défi.

« Dans notre projet, nous avons cherché à remédier au problème de fragilité mécanique inhérent tout en exploitant la sélectivité exceptionnelle des nanomatériaux 2D minces en fabriquant une membrane hybride constituée de monocouches de nitrure de bore hexagonal (hBN) supportées par des membranes de nitrure de silicium, " a expliqué l'auteur principal Khadija Yazda, chercheur postdoctoral au Département de physique de McGill.

Un outil conçu par McGill facilite la recherche

Pour obtenir la caractéristique souhaitée de perméabilité sélective, Yazda et ses collègues ont utilisé une technique développée à McGill appelée panne locale contrôlée par pointe (TCLB) pour "percer" plusieurs trous microscopiques, ou nanopores, dans leur membrane. Dans une avancée sur les recherches précédentes qui se concentraient sur des prototypes expérimentaux avec un seul nanopore, l'équipe de McGill a pu exploiter la vitesse et la précision du TCLB pour préparer et étudier des membranes avec de multiples nanopores dans diverses configurations de taille de pores, nombre et espacement.

"Nos expériences sur l'interaction pore-pore dans les réseaux de nanopores montrent que la sélectivité optimale de la membrane et la densité de puissance globale sont obtenues avec un espacement des pores qui équilibre le besoin d'une densité de pores élevée tout en maintenant une large étendue de surface chargée (≥ 500 nm) entourant chaque pore , ", a déclaré Yazda.

Ayant réussi à produire un réseau de 20 pores sur 20 sur une surface de membrane de 40 µm², les chercheurs disent que la technique TCLB pourrait être utilisée pour produire des matrices beaucoup plus grandes.

"Une prochaine étape naturelle pour cette recherche est d'essayer d'étendre cette approche non seulement pour les centrales électriques à grande échelle, mais aussi dans les générateurs nano ou micro-électriques, ", a déclaré Yazda.