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De l'eau propre pour le monde en développement
Un filtre à eau en cours de développement à l'Université de Stanford élimine les bactéries de l'eau rapidement et sans colmatage et pourrait conduire à une méthode simple et peu coûteuse de nettoyage de l'eau pour les pays en développement. L'appareil, qui utilise un morceau de coton traité avec des encres à base de nanomatériaux, tue les bactéries avec des champs électriques, mais n'utilise que 20 % de la puissance requise par les filtres à pression.
Stérilisation rapide : Un chercheur de Stanford verse de l'eau à travers un entonnoir équipé d'un filtre en coton-nanotube qui tue rapidement les bactéries. Les cordons rouges fournissent de l'électricité à l'appareil, qui utilise des champs électriques pour percer des trous dans les bactéries.
Au moins un milliard de personnes n'ont accès qu'à de l'eau contaminée par des agents pathogènes ou la pollution. Il y a un énorme besoin d'un matériau filtrant extrêmement robuste et peu coûteux qui ne nécessite pas beaucoup d'énergie, dit Marc Shannon , qui dirige un centre de matériaux avancés pour la purification de l'eau à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. La plupart des endroits qui en ont le plus besoin n'ont pas du tout d'électricité, ou tout au plus quelques heures par jour, explique Shannon, qui n'est pas impliquée dans la recherche.
Le filtre développé par les chercheurs de Stanford tente d'améliorer d'autres systèmes de point d'utilisation pour éliminer les bactéries à l'extérieur des installations de traitement d'eau centralisées. Il existe deux méthodes chimiques principales : l'ajout de chlore à l'eau pour tuer les bactéries, ou l'ajout de fer, qui provoque l'agglutination des bactéries afin qu'elles soient facilement éliminées. Les méthodes chimiques sont difficiles car elles nécessitent une formation et un approvisionnement continu en produits chimiques.
La filtration, en revanche, est attrayante parce qu'elle est simple. Mais la plupart des méthodes de filtration au point d'utilisation éliminent les bactéries de l'eau en excluant les organismes par taille. De tels filtres s'obstruent avec le temps et ils fonctionnent très lentement à moins qu'un pompage à forte intensité énergétique ne pousse l'eau à travers. Le filtre Stanford, qui est entraîné par gravité, a des pores suffisamment grands pour permettre un débit élevé - environ 100 000 litres par heure. Il utilise des impulsions électriques pour inactiver les bactéries en perçant des trous dans leurs parois cellulaires. La recherche a été dirigée par des professeurs de science des matériaux et d'ingénierie de Stanford Yi Cui et Sarah Heilshorn .
Pour fabriquer le filtre, les chercheurs trempent un morceau de ouate dans une encre à base d'eau pour nanotubes de carbone, le laissent sécher, puis le trempent dans une encre à base d'alcool pour nanofils d'argent et le laissent sécher à nouveau. Cui et d'autres ont utilisé des méthodes de trempage similaires pour fabriquer des électrodes de batterie en papier-nanotube et des textiles en nanotube. Les nanotubes et les nanofils longs et étroits s'emmêlent dans les fibres.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont testé les filtres en les fourrant dans un entonnoir en verre monté sur un bécher. Le filtre est connecté au câblage électrique pour fournir une tension lorsque l'eau est versée à travers l'entonnoir. Cui dit qu'il pourrait être alimenté par des batteries de voiture ou des panneaux solaires.
Le groupe de Cui a testé le filtre contre des concentrations élevées de E. coli . Dans ces tests préliminaires, décrits en ligne dans la revue Lettres nano , le filtre a inactivé environ 98 pour cent des bactéries. Même une seule bactérie peut vous rendre malade, ce n'est donc pas suffisant pour une utilisation sur le terrain, mais Cui espère améliorer les filtres.
Cui ne sait pas exactement comment fonctionne le filtre, mais il sait que les deux matériaux sont meilleurs ensemble. L'argent est connu depuis longtemps pour ses propriétés antimicrobiennes et les nanotubes de carbone sont très conducteurs. On suppose que de très forts champs électriques locaux se forment à l'extrémité des nanofils d'argent, perçant les parois cellulaires. Lorsque l'électricité est coupée, l'argent empêche les bactéries d'encrasser la surface, un problème courant avec les filtres.
Il n'y a pas eu d'études définitives sur les effets des nanotubes de carbone et des nanofils d'argent en suspension dans l'eau sur les personnes et les organismes inférieurs ; des expériences avec des nanotubes de carbone en suspension dans l'air ont montré que leur effet sur les poumons de souris est similaire à l'effet de l'amiante. Mais les premiers tests sur des milliers de gallons d'eau suggèrent que les nanomatériaux ne s'infiltrent pas dans l'eau. Les chercheurs effectueront d'autres tests pour déterminer si les nanomatériaux restent empêtrés dans le filtre ou sont délogés dans l'eau au fil du temps.
Je pense qu'il existe un énorme potentiel pour des percées technologiques telles que celle-ci pour améliorer considérablement les options de traitement de l'eau à faible coût, déclare Kara Nelson , professeur de génie civil et environnemental à l'Université de Californie à Berkeley. Il est maintenant important de faire passer ce dispositif de validation de principe à l'étape suivante, dit Nelson, en améliorant l'efficacité du filtre et en démontrant qu'il peut fonctionner avec un large éventail d'agents pathogènes d'origine hydrique, y compris les virus et les protozoaires.
Tchad Vecitis , professeur d'ingénierie environnementale à l'Université Harvard, affirme que l'aspect le plus impressionnant du filtre est sa vitesse. De nombreux chercheurs universitaires s'attaquent au problème de l'eau potable, mais d'autres solutions à faible consommation d'énergie prennent trop de temps ou sont trop complexes. Par exemple, certains systèmes utilisent un catalyseur activé par la lumière pour tuer les bactéries dans des récipients d'eau transparents exposés au soleil. Cela prend plusieurs heures, et il n'est pas facile de dire quand la stérilisation est terminée.