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Mar 24, 2024

Purifier l’eau grâce à la puissance du soleil

Publié : 17 mars 2023 Auteur : Brett Beasley « Aujourd'hui, les grands défis sont les technologies de l'information et l'énergie », déclare László Forró, professeur Aurora et Thomas Marquez de physique des complexes.

Publié : 17 mars 2023

Auteur : Brett Beasley

"Aujourd'hui, les grands défis sont les technologies de l'information et l'énergie", déclare László Forró, professeur Aurora et Thomas Marquez de physique de la matière quantique complexe au département de physique et d'astronomie de l'Université de Notre Dame, "mais demain, le grand défi sera eau."

L'Organisation mondiale de la santé rapporte qu'aujourd'hui près de deux milliards de personnes consomment régulièrement de l'eau contaminée. On estime que d'ici 2025, la moitié de la population mondiale pourrait être confrontée à une pénurie d'eau. La plupart des personnes touchées se trouvent dans des zones rurales dépourvues de l'infrastructure nécessaire pour faire fonctionner des purificateurs d'eau modernes, tandis que de nombreuses autres se trouvent dans des zones touchées par la guerre, les catastrophes naturelles ou la pollution. Il est plus que jamais nécessaire de trouver des moyens innovants pour étendre l’accès à l’eau à ceux qui vivent sans électricité, sans assainissement et sans réseau de transport.

Récemment, le laboratoire de Forró a développé une telle solution. Ils ont créé un purificateur d'eau, décrit dans la revue partenaire Nature Clean Water, qui est alimenté par une ressource à laquelle presque toutes les personnes les plus vulnérables du monde ont accès : le soleil.

Le composant clé du système Forró est le dioxyde de titane. Le dioxyde de titane est un matériau facilement disponible connu pour ses propriétés de diffusion de la lumière. Sous une forme, il s’agit d’un pigment qui confère à certaines peintures et dentifrices leur couleur distinctive « blanc de titane ». Il sert également d’ingrédient actif dans les crèmes solaires, absorbant la lumière avant qu’elle n’atteigne la peau.

Le dioxyde de titane peut également réagir à la lumière d’une autre manière : en produisant des formes d’oxygène hautement réactives appelées « radicaux libres ». Ces radicaux libres sont capables de détruire les parasites, bactéries et virus présents dans l’eau contaminée.

Forró et ses collègues ont réalisé que s’ils pouvaient produire une quantité suffisante de dioxyde de titane sous forme de nanofils, ils pourraient trouver un moyen de l’utiliser pour purifier l’eau. Les nanofils mesuraient environ 10 nanomètres de largeur, soit environ 6 000ème de la largeur d'un cheveu humain. Le problème était que la plupart des laboratoires ne pouvaient créer que quelques grammes de nanofils à la fois. Cependant, Forró et Endre Horváth, un chimiste, ont mis au point un nouveau procédé permettant de générer une grande quantité de nanofils de dioxyde de titane. Le nouveau processus présentait un avantage important. Cela pourrait produire un kilogramme (plus de deux livres) de nanofils à la fois.

Disposant de plus grandes quantités de nanofils de dioxyde de titane, Forró et ses collègues ont pu former de nouveaux matériaux composites. Ils ont mélangé les nanofils avec des nanotubes de carbone en suspension pour former une sorte de maillage. Ils ont égoutté le maillage et l'ont aminci à l'aide d'une lame jusqu'à ce qu'il soit plus fin qu'une feuille de papier de copieur. Ensuite, ils ont chauffé le matériau jusqu’à ce que ses composants fusionnent pour former une membrane qu’ils pourraient utiliser comme filtre.

Pour construire un système de purification, l'équipe de Forró a placé le filtre entre des panneaux de verre et a créé une entrée en haut d'une extrémité et une sortie en bas de l'extrémité opposée. Ils ont émis l’hypothèse que l’eau circulant dans l’appareil serait purifiée par trois processus distincts se déroulant en parallèle. La première est la filtration mécanique. Le matériau filtrant empêcherait les particules plus grosses de passer à travers le papier. Dans le même temps, la lumière du soleil interagirait avec le dioxyde de titane pour produire des radicaux libres et détruire tous les microbes présents dans l’eau. Simultanément, la lumière du soleil réchaufferait le papier filtre et l’eau environnante, la pasteurisant et garantissant ainsi la destruction de tous les micro-organismes nuisibles. L’eau purifiée pourrait alors sortir de l’appareil, prête à être consommée.

Une fois leur prototype entièrement assemblé, Forró et ses collègues pourraient le soumettre à une série de tests. Un test impliquait de l’eau provenant d’une rivière voisine. Ils ont testé l'eau pour E. coli avant et après filtration et ont constaté que l'appareil était capable d'éradiquer complètement toute E. coli de l'eau. Ils ont également testé le dispositif sur de l’eau mélangée à un « cocktail » de neuf polluants différents. Il s’agissait notamment de résidus de médicaments, de pesticides, de produits d’entretien, d’hormones et de cosmétiques. Ils ont découvert que le processus d'assainissement en trois parties du filtre éliminait de l'eau des portions importantes de ces molécules polluantes.