Une série de tempêtes au Texas ces dernières années – de l'ouragan Harvey en 2017 au gel profond en 2021 – a mis une grande partie de la population en danger et a laissé des millions de personnes sans électricité ni eau pendant de longues périodes.

Ces calamités ont également motivé une chercheuse de l’Université du Texas à Austin à recentrer son travail sur les innovations qui peuvent aider les communautés à répondre aux événements météorologiques extrêmes. Son dernier projet est un appareil de la taille d'une tasse qui peut rapidement nettoyer l'eau en utilisant une petite décharge électrique pour éliminer les cellules bactériennes. Lors d'expériences en laboratoire, l'appareil a réussi à éliminer 99,997 % des bactéries E. coli d'échantillons de 2 à 3 onces prélevés à Waller Creek à Austin en 20 minutes environ, avec la capacité d'en faire plus.

"Nous sommes capables de nettoyer l'eau en utilisant très peu d'énergie car nous dirigeons les cellules bactériennes avec des champs électriques, et la plupart des cellules bactériennes sont des nageuses naturelles qui se propulsent vers des électrodes et sont capturées vivantes", a déclaré D. Emma Fan, professeure agrégée à l'Université de Washington. Département de génie mécanique Walker de la Cockrell School of Engineering, qui a dirigé la recherche publiée récemment dans ACS Nano .

La clé de l’appareil est une électrode « ramifiée » créée précédemment par l’équipe de recherche. La structure de l'électrode brevetée est basée sur un système racinaire dans un arbre dont les branches se déplacent dans plusieurs directions.

Lorsqu'il est électrifié, l'appareil crée un champ vers lequel les cellules d'E. coli sont attirées. Ils "nagent" volontiers dans les branches des électrodes.

L'électrode est fabriquée en mousse de graphite, compatible et durable dans les champs électriques, et peut fonctionner en continu pendant de nombreuses heures. En plus de son efficacité, l'appareil est peu coûteux :il coûte moins de 2 $ pour créer l'électrode enveloppée de mousse.

Il est également simple à utiliser. Tout d’abord, plongez la tasse remplie d’électrodes dans l’eau. Ensuite, donnez-lui une secousse électrique, attendez et laissez les électrodes chasser les bactéries. Ensuite, attendez et retirez l'eau, qui est désormais potable.

Les chercheurs étudient actuellement les moyens de le commercialiser et souhaitent ensuite rationaliser la conception de la tasse. Celui utilisé pour nettoyer l’eau de Waller Creek est un prototype imprimé en 3D. L'équipe souhaite simplifier davantage le processus d'insertion et de retrait des électrodes.

Parmi les différentes méthodes actuelles de filtration simple et commerciale de l’eau, chacune présente un défaut important. Les pilules désinfectantes peuvent libérer des oxydants qui peuvent être nocifs en cas d’ingestion. Les systèmes d'osmose inverse nécessitent une pression d'eau élevée et la vapeur solaire nécessite une lumière solaire constante, ce qui n'est pas fiable en cas de catastrophe naturelle.

De plus, l’utilisation de l’énergie électrique permet l’intégration avec des batteries pour les énergies stockées et peut être facilement utilisée à la maison, au bureau ou dans une voiture. Le coût de l'énergie est également bien inférieur à celui de diverses technologies émergentes, par exemple un millième de celui de la cuisson à la vapeur solaire.

L'électrode utilisée dans l'appareil a été créée à l'origine pour les supercondensateurs. On estime que la population du Texas doublerait d'ici 2050 et qu'il est nécessaire de mener des recherches sur la résilience après qu'Harvey ait motivé Fan à concentrer son travail sur les catastrophes naturelles.

En cas de panne de courant ou d'avis d'ébullition de l'eau, une personne possédant un appareil doté de cette technologie pourrait se rendre à un ruisseau ou à un ruisseau, le connecter à la batterie de la voiture via un simple convertisseur DC-AC et purifier l'eau. à rapporter à la maison comme réserve de boisson. Il peut également être alimenté par des panneaux solaires selon le même principe.

« Lorsque nos infrastructures hydrauliques sont en panne – pas d'eau, pas de gaz et pas d'électricité – nous avons besoin d'appareils au point d'utilisation pour nettoyer l'eau que nous pouvons extraire des étangs, des ruisseaux ou des rivières », a déclaré Fan. "Nous pensons que notre appareil pourra un jour répondre à ce besoin."

Plus d'informations : Xianfu Luo et al, Désinfection portable de l'eau en vrac par capture vivante de bactéries avec du graphite poreux à ramifications divergentes dans des champs électriques, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.2c12229

Informations sur le journal : ACS Nano

Fourni par l'Université du Texas à Austin