Des chercheurs de l’Université du Queensland ont mis au point une membrane de filtration innovante. Cette technologie augmente le transport de l’eau d’environ 44 pour cent et réduit l’éthanol de 90 pour cent, offrant une séparation moléculaire à la fois plus rapide et plus précise pour les industries énergivores.
La science des membranes se heurte depuis longtemps à un obstacle fondamental. Plus les molécules traversent rapidement une membrane, plus il devient difficile de les séparer avec précision. Cette contradiction pèse lourdement sur les procédés industriels gourmands en énergie, qu’il s’agisse de purifier des produits chimiques, de récupérer des ressources précieuses ou de produire des carburants durables.
Pour résoudre ce dilemme, l’équipe de l’Université du Queensland a concentré ses efforts sur l’intérieur même du dispositif. En ciblant des canaux minuscules mesurant moins d’un nanomètre de large — soit environ 100 000 fois plus fins qu’un cheveu humain —, les chercheurs ont repensé les voies de passage traditionnelles de ces structures. Selon des informations relayées par l’organisme, ces travaux ont bénéficié de la contribution de plusieurs institutions, parmi lesquelles Monash University, The University of Melbourne, ainsi que l’Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO).
Le rôle des ions d’ammonium autorotatifs dans les nanocanaux
Ces passages étroits fonctionnent comme de véritables réseaux de circulation pour les substances. Toutefois, ils présentent généralement des barrières de friction et d’adhésion qui ralentissent les flux. Plutôt que de modifier simplement la taille ou la composition chimique de ces conduits, les ingénieurs ont cherché à rendre l’environnement de transport dynamique.
L’intégration d’ions d’ammonium autorotatifs au cœur des nanocanaux a permis de transformer radicalement le comportement de ces structures. Selon les explications fournies par l’institution, la mobilité naturelle de ces particules d’ammoniac convertit un canal autrefois rigide en un espace de transport fluide qui favorise les transferts d’énergie.
Les molécules autorotatives agissent comme un tourniquet qui nous aide à réguler précisément le trafic moléculaire tout en maintenant un déplacement rapide des molécules. Essentiellement, nous avons amélioré les autoroutes pour obtenir le meilleur des deux mondes : la rapidité et la sélectivité.
Professeur Xiwang Zhang, directeur du UQ Dow Centre for Sustainable Engineering Innovation et de l’ARC Centre of Excellence for Green Electrochemical Transformation of Carbon Dioxide, via The University of Queensland
Cette optimisation permet de concilier deux exigences industrielles traditionnellement incompatibles. Le système laisse passer de grands volumes de matière tout en filtrant rigoureusement les composants souhaités.
Les performances mesurées lors des expériences de séparation
Les tests pratiques réalisés sur des mélanges d’eau et d’éthanol ont mis en évidence des résultats concrets par rapport aux membranes de filtration classiques. La précision de séparation a été multipliée par dix.
| Paramètre mesuré | Résolution observée |
|---|---|
| Transport de l’eau | Augmentation d’environ 44 % |
| Réduction de l’éthanol | Diminution de 90 % |
| Précision de séparation | Amélioration par un facteur dix |
L’ingénieur chimiste Professor Xiwang Zhang a souligné l’impact potentiel de cette découverte pour les secteurs manufacturiers et environnementaux. Les applications envisagées pour la suite des travaux incluent la récupération de ressources, l’utilisation du dioxyde de carbone et diverses démarches de protection de l’environnement. Ces recherches, dont le compte rendu a été publié dans la revue Science, ont également reçu le soutien financier de l’Union européenne à travers le programme Horizon 2024 (bourse Marie Skłodowska-Curie n° 101203526), ainsi que des subventions de l’EPSRC et de l’Australian Research Council.
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