Comment construire un filtre à eau Plant Xylem

Un conseil utile pour éviter les intoxications alimentaires en voyage est de manger des fruits que vous épluchez vous-même. L'idée est que les arbres et les plantes filtrent l'eau qu'ils aspirent du sol, il est donc peu probable que leurs fruits contiennent des bactéries et autres substances nuisibles.

Cela a donné à Rohit Karnik et à ses amis du Massachusetts Institute of Technology de Cambridge une idée intéressante. Pourquoi ne pas créer de l'eau potable de la même manière, en utilisant des bactéries d'origine hydrique qui filtrent le xylème des plantes à partir du mélange ?

Il s'avère que si les phytobiologistes ont étudié en détail le xylème des plantes et mesuré la vitesse à laquelle il peut transporter l'eau des racines aux feuilles, ils n'ont jamais pensé à l'utiliser comme filtre. Alors Karnik et ses collègues se sont mis au travail pour tester leur idée.

Le xylème est le tissu poreux qui conduit le fluide dans les plantes. Chez les plantes ligneuses, on l'appelle aubier. Entouré d'écorce, il entoure souvent lui-même un bois de cœur plus ancien et inactif. Chez les conifères, il est formé de cellules mortes appelées trachéides, qui sont essentiellement des tubes creux d'un diamètre allant jusqu'à 80 µm et d'une longueur allant jusqu'à 10 mm.

Ces cellules croissent en parallèle et ont des extrémités fermées. L'eau passe d'un conduit à l'autre à travers des trous appelés fosses, qui sont recouverts d'une membrane avec des pores nanométriques qui agissent comme une sorte de tamis. Tout ce qui est plus gros que ces pores ne peut pas passer.

Donc en théorie, le xylème végétal des conifères devrait être un filtre efficace.

Pour le savoir, Karnik et co ont coupé des sections de 1 pouce de long de branche de pin blanc pinus strobus. Ils ont décollé l'écorce et fourré l'aubier restant dans un tube, scellant les lacunes avec de la résine époxy.

Ils ont ensuite rempli le tube avec 5 millilitres d'eau déminéralisée sous 5 livres par pouce carré de pression, ce qui équivaut à une pression gravitationnelle d'environ 2 m environ, et ont attendu de voir ce qui se passait.

Effectivement, l'eau filtrait à raison de 0,05 millilitre par seconde. Ce débit équivaut à plus de 4 litres par jour, assez pour garder une personne dans l'eau potable. C'est à partir d'un filtre d'une surface d'environ 1 cm².

Ensuite, ils ont étudié les propriétés filtrantes du matériau. Ils ont ajouté un pigment rouge à l'eau et mesuré la distribution de la taille des particules à l'intérieur. Cela variait d'environ 70 nanomètres à 500 nanomètres.

L'eau filtrée était claire, cependant. Et la distribution granulométrique dans le filtrat a culminé à environ 80 nanomètres. De toute évidence, le xylème filtre les particules plus grosses que cela. Dans une expérience distincte, ils ont ajouté des nanoparticules fluorescentes de 20 nanomètres en polystyrène et ont découvert que le xylème ne pouvait pas les filtrer.

La conclusion est claire. Nous constatons que le filtre au xylème présente un excellent rejet des particules d'un diamètre supérieur à 100 nanomètres, disent-ils.

Pour tester la capacité du matériau à filtrer les bactéries, ils ont mélangé des inactivés Escherichia coli bactéries à l'eau et l'ont fait passer à travers le système. E coli est de forme cylindrique avec un diamètre d'environ 1 micromètre.

Effectivement, le filtre a bien fonctionné. La filtration utilisant trois filtres de xylème différents a montré un rejet presque complet des bactéries, disent-ils.

Pour savoir exactement comment fonctionne le xylème, ils ont ouvert les filtres et étudié la structure interne du bois. Ils ont découvert que la plupart du filtrage se produit dans les deux ou 3 premiers millimètres du filtre. Cela s'avère être plus ou moins exactement la longueur des cellules trachéides et suggère que les filtres à bois peuvent être coupés encore plus courts et fonctionnent toujours efficacement.

Ils ont également pris des images au microscope électronique des fosses cellulaires, qui ont montré que les bactéries se sont rassemblées à proximité de ces fosses, suggérant qu'il s'agit bien du mécanisme de filtration.

Il y a certaines limites à ce type de filtration. Premièrement, la limite de 100 nanomètres est trop grande pour filtrer les virus. Karnik et ses collègues disent qu'il serait peut-être possible de trouver d'autres usines avec des fosses plus petites qui pourraient faire le travail.

Deuxièmement, le bois doit être fraîchement coupé pour fonctionner comme un filtre efficace. L'équipe dit que les conduits en bois qui a séché se bouchent et ne fonctionnent donc pas comme des filtres. C'est un problème potentiellement grave si ces filtres doivent être fournis à grande échelle - les distribuer dans le monde entier tout en les gardant frais sera difficile. Cependant, il peut être possible de développer des techniques de séchage qui maintiennent l'intégrité structurelle des filtres. De toute évidence, plus de travail est nécessaire ici.

Néanmoins, il s'agit d'un travail impressionnant qui a le potentiel d'avoir un grand impact dans de nombreuses régions du monde. Selon l'Organisation mondiale de la santé, quelque 1,6 million de personnes meurent chaque année de maladies attribuées au manque d'eau potable et d'assainissement de base. De plus, 90 % d'entre eux sont des enfants de moins de cinq ans, principalement dans les pays en développement.

La filtration Xylem ne résoudra pas ce problème par elle-même, notamment parce qu'elle ne peut actuellement pas filtrer les virus d'origine hydrique tels que l'hépatite, les adénovirus à rotavirus, etc. Mais cela pourrait avoir un impact important en éliminant les agents pathogènes bactériens et protozoaires tels que E coli, salmonella typhi, vibrion cholérique et giardia.

Et le système est petit, bon marché et facile à fabriquer. Comme le concluent Karnik et ses collègues : la construction simple des filtres au xylème, combinée à leur fabrication à partir d'un matériau peu coûteux, biodégradable et jetable, suggère que la poursuite de la recherche et du développement des filtres au xylème pourrait conduire à leur utilisation généralisée et réduire considérablement l'incidence des maladies infectieuses d'origine hydrique. dans le monde.

Réf : arxiv.org/abs/1310.4814 : Filtration de l'eau à l'aide de Xylem végétal

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