La pénurie d’eau est un problème majeur à travers le monde. « Elle touche tous les continents », explique Amir Barati Farimani, professeur adjoint d’ingénierie mécanique. « Quatre milliards de personnes vivent dans des conditions de grave pénurie d’eau au moins un mois par an. Un demi-milliard de personnes vivent dans des conditions de grave pénurie d’eau toute l’année. »
Pourtant, alors même que les gens luttent sans avoir accès à l’eau potable, il y a des océans d’eau non potable juste devant leur porte. « 71% de la surface de la planète est recouverte d’eau de mer », précise Barati Farimani. « C’est donc une contradiction très intéressante. »
Pour lutter contre ce problème, Barati Farimani a concentré ses recherches sur le dessalement de l’eau. Il s’agit du processus par lequel l’eau de mer salée peut être transformée en eau douce.
Il existe de nombreuses façons de dessaler l’eau, mais l’une des plus efficaces est le dessalement par membrane. Dans cette méthode, l’eau est poussée à travers une fine membrane percée de minuscules trous. L’eau s’écoule à travers les pores, mais les ions de sel ne le peuvent pas, laissant seulement de l’eau douce de l’autre côté.
Source : Collège d’ingénierie
Un cadre métal-organique (MOF) conducteur est un nouveau type de membrane pour le dessalement de l’eau.
Dans ses dernières recherches, Barati Farimani explore le potentiel d’un nouveau type de membrane, appelé cadre métal-organique (MOF). « Ces membranes sont constituées à la fois du centre métallique et du composé organique », explique Barati Farimani. Le composé organique et le métal se connectent selon un modèle pentagonal, laissant un trou au centre qui sert de pore. « Si vous les regardez, ils ressemblent à un nid d’abeille », ajoute Barati Farimani.
Il y a plusieurs raisons pour lesquelles l’armature est plus efficace. Premièrement, elle est incroyablement fine. Elle a une épaisseur de quelques atomes, ce qui signifie qu’il y a très peu de friction lorsque les molécules d’eau passent à travers les pores.
En outre, le placement des pores aide à la perméation. « Lorsque vous n’avez pas de pores adjacents, il y a une énorme pression de la paroi sur les molécules », explique Barati Farimani. Cela rend le processus de désalinisation moins efficace. Pour comprendre pourquoi, il suffit d’imaginer verser de l’eau dans un entonnoir. L’eau se déplace plus lentement à travers le trou à l’extrémité parce qu’elle est poussée contre les parois et forcée à travers un petit espace.
Le MOF, en revanche, a de multiples pores adjacents. « Il n’y a pas de pression du côté de la paroi », explique Barati Farimani. « Et cela leur donne cette possibilité de passer plus facilement à travers le pore ». Imaginez que vous versez de l’eau dans une passoire cette fois – elle se déplace beaucoup plus rapidement, car elle a de multiples points de sortie par lesquels elle peut s’échapper.
Enfin, le MOF présente une plus grande intégrité structurelle que les autres matériaux. Dans la plupart des matériaux, les scientifiques doivent percer de minuscules trous afin de créer les pores nécessaires, ce qui limite la quantité qui peut être créée par surface. « Si vous voulez créer beaucoup de pores, le graphène ou le MoS2 ne peuvent pas le faire », explique Barati Farimani. « Structurellement, ils ne peuvent pas supporter la pression ».
Mais grâce à sa structure en nid d’abeille, le MOF est intrinsèquement poreux. Cela permet d’obtenir un ratio plus élevé de pores par rapport à la surface. Cela permet également de gagner du temps et de l’énergie, puisque les pores n’ont pas besoin d’être percés, ni même ajustés en taille.
Les différences entre le MOF et d’autres membranes typiques sont notables, à la fois en termes de vitesse de passage de l’eau et de quantité d’ions rejetés. Et ce n’est que l’examen d’une simulation de quelques pores. Une usine de dessalement peut avoir des milliards de pores, ce qui augmente son efficacité de façon exponentielle. « À l’échelle d’une grande opération, ce serait énorme », affirme Barati Farimani. « Même une légère augmentation de l’efficacité représenterait un saut énorme ».
Nous devons fournir de l’eau douce à de nombreuses personnes défavorisées. C’est notre mission – faire en sorte que l’efficacité énergétique soit telle que nous ayons du dessalement d’eau partout.
Amir Barati Farimani, professeur adjoint , génie mécanique
L’article de Barati Farimani sur ses recherches a été publié dans Nano Letters, une revue scientifique mensuelle à comité de lecture publiée par l’American Chemical Society. Il s’ajoute à une conversation croissante sur le dessalement de l’eau et représente une étape importante dans le domaine.
En plus du monde universitaire, Barati Farimani espère que ses recherches pourront avoir un impact dans la vie des gens. « Nous devons fournir de l’eau douce à de nombreuses personnes défavorisées, comme en Afrique ou dans d’autres endroits », explique-t-il. « Fondamentalement, c’est notre mission – faire en sorte que l’efficacité énergétique soit telle que nous ayons du dessalement d’eau partout. »