Accroître le potentiel des nanotechnologies dans le domaine de l'accès à l'eau potable

Dr Francois Gray
CNNM, Université Tsinghua, Pékin, China City Cybernetics Center, Genève, Suisse
6 juillet 2015

Bref
L'équipe de calcul Pure Water a découvert que l'eau peut passer à travers les nanotubes les plus minces beaucoup plus librement qu'on ne le pensait auparavant. Cette compréhension innovante des processus physiques fondamentaux peut servir à augmenter la disponibilité d'eau pure pour des millions de personnes, grâce à des méthodes plus efficaces de filtrage et de dessalement. En outre, il est possible d'appliquer dans les domaines de l'énergie médicale et propre. Cette découverte a déjà été publiée dans Nature Nanotechnology, la revue la plus respectée en natotechnologie.



La visualisation a été créée par des volontaires pour étudier l'interaction de l'eau et des nanotubes de carbone. L'eau pure est la base de la vie, maintenant, des millions de personnes dans le monde connaîtront son manque. Notre équipe a découvert un phénomène qui pourrait être un pas en avant important sur la voie de l'obtention d'eau potable pour tous ceux qui en ont besoin. Aujourd'hui, environ un million de personnes meurent chaque année en raison d'une eau de mauvaise qualité, parallèlement à cela, la population augmente, le climat change et le problème va s'aggraver. Les réseaux routiers existants et ceux qui en ont besoin sont souvent indisponibles. Des études appelées "calculs" eau pure "peuvent changer la donne. Et cette découverte étonnante a été récemment publiée dans la principale revue sur la nanotechnologie, Nature Nanotechnology.

Fondamentalement, cette découverte répond à la question: «Comment pouvons-nous potentiellement, c.-à-d. aussi efficacement que possible à moindre coût, utilisez des nanotubes de carbone pour créer des filtres à eau. » Les nanotubes de carbone créent des feuilles d'un atome d'épaisseur, appelé graphène, torsadées en tubes minces de plusieurs nanomètres de diamètre (environ un dix millième de diamètre d'un cheveu humain). Ce diamètre des tubes permet aux molécules d'eau de les traverser et de retenir les grosses particules et les micro-organismes pendant la filtration de l'eau. Ils sont si petits que la communauté scientifique a suggéré que l'eau les traverserait trop lentement pour une réconciliation pratique. Cependant, les premières expériences ont montré que l'eau passe parfois beaucoup plus facilement que prévu.



L'augmentation du débit peut signifier un filtre plus efficace, mais en raison du manque de puissance de calcul suffisante, jusqu'à présent, il y a eu un grand écart entre ce que les scientifiques peuvent comprendre par simulation informatique et ce qui peut être obtenu en conditions réelles. Les chercheurs de ce projet se sont concentrés sur l'élimination de cette lacune. Grâce à l'informatique distribuée utilisant le World Community Grid, il a été possible de découvrir que certains types de vibrations naturelles appelées vibrations phononiques , dans certaines conditions, peuvent entraîner une augmentation de 300% du degré de diffusion ( on peut dire le flux) de l'eau à travers des nanotubes de carbone, ce qui est comparable aux calculs théoriques précédents. Il est particulièrement important qu'avec de petites vibrations, il y ait une libération naturelle d'énergie thermique, qui se trouve naturellement dans tous les matériaux, par conséquent, il n'est pas nécessaire que des sources d'énergie externes profitent de ce phénomène.

Qu'est-ce que cette découverte peut indiquer dans les recherches futures? Une application directe dans l'utilisation des nouvelles idées de cette modélisation pratique est le développement de filtres à eau efficaces. Si les expériences confirment les hypothèses, de tels filtres peuvent aider à accroître la disponibilité de l'eau potable pour des millions de personnes dans le monde. Il est également possible d'obtenir des moyens moins chers pour obtenir de l'eau douce (en particulier, de la mer).

L'utilisation de ce phénomène à l'échelle nanométrique créera des membranes et des filtres qui révolutionneront de nombreux processus et même des industries liées à l'eau ou, en général, aux liquides. Par exemple, cette découverte permettra la distribution de médicaments par des canaux minces à travers les parois d'une cellule vivante. À l'avenir, cela pourrait être applicable pour prouver le processus de production d'énergie propre en mélangeant de l'eau pure et de l'eau salée, connue sous le nom de centrales électriques osmotiques.

Nous n'avons réussi à découvrir ces diverses opportunités que grâce aux bénévoles, car aucune équipe de recherche n'a jamais eu autant de puissance de calcul nécessaire pour exécuter une simulation aussi détaillée afin d'étudier les conditions d'écoulement dans des filtres réels. Des partenaires du World Community Grid et plus de 150 000 bénévoles ont participé à ce projet, où ils ont réussi à simuler un cours d'eau avec des détails non encore disponibles, où aucun phénomène n'était détecté aux étapes précédentes de l'étude.


Computing for Clean Water Team Members: Zhiping Xu, Ming Ma Quanshui Zheng et Francois Gray

Ce travail est le résultat d'une collaboration mondiale entre des chercheurs chinois, suisses, israéliens, britanniques et australiens. Merci à tous les participants. Ce projet, achevé en quelques années, prendrait environ 40 000 années de calcul s'il était mal calculé sur un ordinateur. Au nom de l'équipe, je remercie tous les bénévoles qui ont participé à ces études. Cette réalisation leur appartient également.

Apprenez-en plus et rejoignez le World Community Grid lors des découvertes suivantes:
Communiqué de presse d'IBM
« Le transport de l'eau à l'intérieur des nanotubes de carbone induit par le frottement oscillant induit par les phonons », publié dans Nature Nanotechnology

Source: https://habr.com/ru/post/fr386499/