Le phénomène d’osmose désigne les variations de concentrations dans un milieu. Il se traduit généralement par la migration de particules des milieux les plus concentrés vers les moins concentrés. En se basant sur ce processus, des chimistes de l’université de Beijing (Chine) ont créé une membrane générant un courant électrique uniquement à partir d’eau salée. Une innovation qui pourrait permettre d’alimenter en électricité des communautés isolées. 

Lorsque les sels ioniques, constitués de groupes de particules chargées positivement et négativement, se dissolvent dans l’eau, les groupes se séparent, laissant les particules chargées participer librement au phénomène d’osmose. En plaçant des membranes fines et chargées entre l’eau salée et l’eau douce, les scientifiques peuvent créer une voie rapide pour les particules en mouvement, générant un courant électrique.

Mais ces membranes sont souvent coûteuses à fabriquer et ont tendance à présenter des fuites au fil du temps. Cela permet aux particules de passer dans la mauvaise direction, réduisant ainsi la quantité d’électricité qu’elles peuvent produire. Des chercheurs ont mis au point un nouveau type de système osmotique : une membrane « à deux faces » ayant des propriétés différentes d’un côté et de l’autre, allant de la taille des pores à la charge de la membrane elle-même.

schema fonctionnement membrane osmotique

Image illustrant le fonctionnement de la membrane osmotique. L’encadré du haut montre un schéma simple de la membrane double-face avec une observation de celle-ci au microscope électronique à balayage. Crédits : Xuanbo Zhu et al. 2018

Cela favorise un flux régulier de particules chargées d’un côté à l’autre tout en les empêchant de dériver dans la mauvaise direction. Ces membranes, appelées Janus, nommées d’après l’ancien dieu romain des portes et des passages, peuvent également être fabriquées avec des pores de taille variable et contenir des charges différentes, leur permettant ainsi d’accepter différents types de particules. Le fonctionnement de la membrane est décrit dans une étude parue dans la revue Science Advances.

Comment est fabriquée la membrane 3D poreuse Janus ?

Des polymères sulfonés ont été dissous dans du diméthylacétamide (DMAc). La membrane a été préparée en versant des solutions de copolymère sulfonées sur des plaques de verre propres nivelées après filtration.

L’élimination du DMAc a été réalisée par séchage à 60 °C pendant 15 heures, et sous vide à 120 °C pendant 15 heures. Après refroidissement à la température ambiante, la solution de PES-Py (positively charged poly(ether sulfone)s with pyridine pendants) dans du CHCl3 (chloroforme) a été enduite par centrifugation sur la membrane telle que préparée, séchée à 45 °C dans une étuve à vide pendant 12 heures, puis pelée. Le copolymère s’auto-assemble dans la membrane poreuse 3D via une séparation micro/nanophasée. L’épaisseur de la membrane peut être contrôlée en ajustant la concentration du polymère.

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Dans cette vidéo, les chercheurs présentent leur travail sur la membrane :

Les scientifiques ont testé leurs membranes Janus avec de l’eau de mer salée d’un côté et de l’eau douce de rivière de l’autre. Ils ont découvert que les membranes pouvaient convertir 35.7% de l’énergie chimique stockée dans l’eau salée en électricité utilisable. C’est aussi efficace que la plupart des éoliennes, et offre un rendement plus élevé que la plupart des cellules solaires.

Les chercheurs envisagent ensuite de développer des membranes plus grandes et de les tester in situ, dans des environnements naturels. Si la membrane fonctionne aussi bien dans la nature, cette nouvelle technologie pourrait être utilisée pour alimenter des communautés isolées qui ne disposent d’aucun autre moyen d’exploitation d’énergie renouvelable, d’ici quelques années seulement.

Source : Science Advances

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