Des membranes artificielles bio-inspirées pour filtrer l'eau ouvrent la voie à de nombreuses perspectives de développement et d'applications
Membranes bio-inspirées
Les membranes bio-inspirées ont une très grande perméabilité à l’eau, un rejet des sels et une stabilité très élevés. Elles ont surtout exploité les aquaporines qui sont des protéines transporteurs d’eau situées dans les membranes des cellules vivantes. Les aquaporines sont des canaux sélectifs, qui peuvent rejeter pratiquement tout ce qui est à part l’eau et sont capables de transporter jusqu’à un milliard de molécules d’eau par seconde avec une perméabilité 5 à 1000 fois supérieure à celle des membranes conventionnelles.
L’utilisation de protéines pour fabriquer des membranes synthétiques soulève des problèmes liés à la stabilité de sa structure et à sa fonctionnalité ; toute perturbation de la structure de la protéine pendant la fabrication et/ou le fonctionnement de la membrane compromet l’activité des aquaporines.
Les membranes à base d’aquaporine fabriquées par polymérisation interfaciale ont montré des performances stables pendant des mois et ont été utilisées pour la fabrication de membranes synthétiques. Cependant, il reste des défis techniques à relever, notamment afin de maitriser la stabilité des aquaporines pendant l’extraction, la fabrication de la membrane et le fonctionnement dans des conditions de salinité élevée, comme l’eau de mer.
Les membranes peuvent être fabriquées et/ou modifiées à l’aide d’un grand nombre de matériaux qui présentent l’avantage de contrôler la sélectivité et de pouvoir adapter les performances des membranes.
Allons plus loin avec les matériaux membranaires avancés (AMM)
Le développement de ces matériaux a porté sur le mélange de polymères et les nanocompositions qui permettent de modifier la fonctionnalité chimique et mécanique de la surface de la membrane.
Une initiative majeure pour la recherche a été le graphène. Cela consiste en un bloc de construction monoatomique bidimensionnel d’épaisseur d’un allotrope de carbone (meilleures propriétés mécaniques, thermiques et électriques), qui peuvent être exploitées pour la fabrication de matériaux pour le traitement de l’eau. Dans des études de laboratoire récentes, le graphène et ses dérivés ont été utilisés pour le dessalement par osmose inverse.
Les propriétés du graphène peuvent également être conférées aux membranes polymères par la fabrication de membranes nanocomposites. Ces membranes ont une hydrophilie élevée et des propriétés antisalissures contre les protéines et les cellules bactériennes. Ces dérivés ont amélioré les performances mécaniques des membranes pendant leur fonctionnement et le nettoyage.
Source : Nature.com – Clean Water – Exploring the current state of play for cost-effective water – N Hilal and CJ Wright
