Le frottement est une résistance. Dans ce cas, il vous indique à quel point il est difficile pour quelque chose de traverser la membrane. Si vous concevez une membrane qui a moins de résistance à l’eau et plus de résistance au sel ou à tout ce que vous voulez enlever, vous obtenez un produit plus propre avec potentiellement moins de travail.
Mais ce modèle a été abandonné en 1965, lorsqu’un autre groupe a introduit un modèle plus simple. Celui-ci supposait que le polymère plastique de la membrane était dense et n’avait pas de pores à travers lesquels l’eau pouvait s’écouler. Il ne soutenait pas non plus que la friction jouait un rôle. Au lieu de cela, il a supposé que les molécules d’eau dans une solution d’eau salée se dissoudraient dans le plastique et se diffuseraient de l’autre côté. C’est pourquoi on l’appelle le modèle « solution-diffusion ».
La diffusion est le flux d’un produit chimique de l’endroit où il est le plus concentré vers l’endroit où il est le moins concentré. Pensez à une goutte de colorant se répandant dans un verre d’eau ou à l’odeur d’ail qui s’échappe d’une cuisine. Il continue de se déplacer vers l’équilibre jusqu’à ce que sa concentration soit la même partout, et il ne repose pas sur une différence de pression, comme l’aspiration qui tire l’eau à travers une paille.
Le modèle est resté, mais Elimelech a toujours suspecté que c’était faux. Pour lui, accepter que l’eau se diffuse à travers la membrane impliquait quelque chose d’étrange : que l’eau se dispersait en molécules individuelles lors de son passage. « Comment est-ce possible ? » demande Élimélec. Briser des amas de molécules d’eau nécessite une tonne d’énergie. “Vous avez presque besoin d’évaporer l’eau pour la faire pénétrer dans la membrane.”
Pourtant, dit Hoek, “il y a 20 ans, c’était un anathème de suggérer que c’était incorrect.” Hoek n’a même pas osé utiliser le mot “pores” en parlant de membranes d’osmose inverse, puisque le modèle dominant ne les reconnaissait pas. “Pendant de très nombreuses années”, dit-il avec ironie, “je les ai appelés” éléments de volume gratuits interconnectés “.”
Au cours des 20 dernières années, les images prises à l’aide de microscopes avancés ont renforcé les doutes de Hoek et Elimelech. Les chercheurs ont découvert que les polymères plastiques utilisés dans les membranes de dessalement ne sont finalement pas si denses et sans pores. Ils contiennent en fait des tunnels interconnectés, bien qu’ils soient absolument minuscules, culminant à environ 5 angströms de diamètre, soit un demi-nanomètre. Pourtant, une molécule d’eau mesure environ 1,5 angström de long, ce qui laisse suffisamment de place pour que de petits groupes de molécules d’eau se faufilent à travers ces cavités, au lieu d’avoir à passer un à la fois.
Il y a environ deux ans, Elimelech a estimé que le moment était venu de supprimer le modèle de diffusion de solution. Il a travaillé avec une équipe : Li Wang, un post-doctorant dans le laboratoire d’Elimelech, a examiné le flux de fluide à travers de petites membranes pour prendre de vraies mesures. Jinlong He, de l’Université du Wisconsin-Madison, a bricolé un modèle informatique simulant ce qui se passe à l’échelle moléculaire lorsque la pression pousse l’eau salée à travers une membrane.
Les prédictions basées sur un modèle de diffusion de solution indiqueraient que la pression de l’eau devrait être la même des deux côtés de la membrane. Mais dans cette expérience, l’équipe a constaté que la pression à l’entrée et à la sortie de la membrane différait. Cela suggère que la pression entraîne le flux d’eau à travers la membrane, plutôt qu’une simple diffusion.
