Des membranes en graphène pour contrôler des flux d’eau

En utilisant des membranes d’oxyde de graphène parcourues par des filaments conducteurs, les chercheurs créent des champs électriques autour des filaments, qui ionisent les molécules d’eau et entravent leur transport. Selon que le courant est sur « On » ou « Off », la membrane devient perméable ou imperméable aux molécules d’eau.

Jusqu’à maintenant, les recherches concernant la perméation de l’eau à travers des membranes s’est surtout intéressée aux membranes de polymères et a tourné ses efforts « vers la modulation de la structure de la membrane ou les propriétés physico-chimique de sa surface pour faire varier le pH, la température ou la force ionique », expliquent les chercheurs dans le résumé de leur article paru dans Nature. On ne maîtrise pas aujourd’hui les phénomènes qui peuvent se produire aux abords d’une membrane soumise à des champs électriques. Le contrôle électrique de la perméation d’une membrane a, pour le moment, donné des résultats contradictoires, tant d’un point de vue théorique que dans les expériences de simulation. Par exemple, certains résultats prédisent que le champ électrique devrait générer des phénomènes de congélation et d’autres de fonte de glace.

Test grandeur nature

Les chercheurs ont testé, sur des membranes d’oxyde de graphène d’épaisseur de l’ordre du micromètre, la création de champs électriques locaux via des nano-filaments conducteurs intégrés à la membrane et dans lesquels on peut faire circuler un courant électrique à la demande. Les membranes d’oxyde de graphène ont déjà montré des propriétés de passage ultra-rapide de l’eau ou de filtrage moléculaire – notamment pour la désalinisation (cf. cet article, cet article ou encore cet article ) – et ont ouvert de nouvelles perspectives pour des systèmes de filtration, y compris à l’échelle industrielle. Les chercheurs expliquent que lorsque le champ électrique est créé, il se concentre autour des nano-filaments et ionise les molécules d’eau qui sont alors bloquées au sein de la membrane. Le phénomène s’arrête dès que l’on arrête le courant. Ce contrôle du passage du flux d’eau ouvre la voie au développement de membranes contrôlables pour des systèmes biologiques artificiels, pour l’ingénierie tissulaire et pour la filtration. A partir de ce principe, on pourrait aussi imaginer des systèmes de stockage de l’eau dans des membranes sous forme d’éponge et qui relarguerait l’eau sur commande

Un grand centre de recherche sur le graphène

Ces travaux menés au sein du National Graphene Institute de l’université de Manchester, en collaboration avec des universités iranienne et belge, sont le fruit des nombreuses recherches que cet institut a entamé sur le graphène. Déjà implanté sur près de 8 000 m², l’institut va encore s’enrichir de nouveaux équipements dont la construction a débuté en mai dernier afin de bâtir le Graphene Engineering Innovation centre (GEIC). Un projet à 60 millions de livres (plus de 65M€) qui doit poursuivre l’ambition de faire de Manchester une capitale mondiale de la recherche sur le graphène et les matériaux 2D à travers le concept de « Graphene City® ».

Par Sophie Hoguin