Membranes ultra minces et ultra lisses – fabrication 3D par électronébulisation
Membranes ultra minces et ultra lisses – fabrication 3D par électronébulisation
Une représentation schématique du procédé d’impression 3D par électronébulisation. (Illustration : Maqsud R. Chowdhury/McCutcheon Lab.)
Jeffrey McCutcheon, professeur en chimie biomoléculaire, et co-auteur de l’article . (photo University of Connecticut)
La technologie de filtration par membrane enregistre des beaux succès. Mais il est toujours possible de faire mieux. Des chercheurs à l’université du Connecticut ont développé une méthode de fabrication par impression 3D, pour réaliser des membranes qui se colmatent beaucoup moins vite. Détail important : la méthode serait facilement échelonnable en vue d’une mise sur le marché.
Pour l’épuration des eaux et le dessalement, on utilise souvent des membranes formées d’un film en matériau composite. Ces membranes perméables à l’eau retiennent la plupart des autres substances. Dans le magazine Science, des chercheurs de l’université du Connecticut ont publié une nouvelle méthode de fabrication concernant les membranes d’osmose inverse. Selon cet article : « les membranes n’ont pas changé beaucoup dans les précédentes 30 années. La plupart du temps, il s’agit d’une couche mince en polyester, pour la résistance mécanique, avec une couche intermédiaire poreuse de polysulfone et un film polyamide ultramince, d’une densité suffisante pour retenir les ions de sel, et d’une porosité suffisante pour l’eau. »
Jusqu’à présent, la couche polyamide était formée le plus souvent par réaction entre deux composés : un amine (MPD) en phase aqueuse, et un chlorure d’acide (TMC, chlorure de trimesoyl) en phase organique, huile par exemple. Ces phases n’étant pas miscibles, la réaction ne se produit qu’à la surface de transition. « En fait », selon le postulat des chercheurs, « le film se forme pendant un procédé qui prend fin de lui-même, sans possibilité d’intervention. L’épaisseur de 100 à 200 nanomètres est une surface de ‘montagnes et de vallées’. Ces membranes très performantes ont néanmoins quelques inconvénients : la rugosité typique dépassant 80 nanomètres, le colmatage est relativement rapide. De plus, l’épaisseur est difficile à régler. »
Impression 3D
Les scientifiques ont présenté maintenant une méthode de fabrication de la couche polyamide par impression 3D, en soulignant qu’ils ne sont pas les premiers à le faire, mais que les précédentes méthodes étaient difficilement échelonnables en vue de la commercialisation. Leur méthode permettrait de faire plus vite.
La technique mise en œuvre consiste à nébuliser un fluide en présence d’un puissant champ électrique. Les fines gouttelettes chargées en électricité statique se repoussent selon la loi de Coulomb et se fragmentent. Les chercheurs ont ainsi produit un film de quatre nanomètres d’épaisseur et une rugosité de deux nanomètres. Cette membrane permet de séparer beaucoup de sel et elle résiste aux pressions (élevées) pendant l’osmose inverse. Jeffrey McCutcheon, professeur à l’université du Connecticut : « De plus, à l’échelle des essais en labo, nous avons utilisé 95% moins de produits chimiques. L’échelonnage de la méthode en vue de la commercialisation devrait se traduire par le plus écologique de tous les procédés de production de membrane depuis ces 40 dernières années. »
Mc Cutcheon postule également que la méthode devrait permettre à terme de produire des membranes avec des matériaux non envisageables actuellement. Une demande de brevet ayant été déposée, les chercheurs peuvent maintenant partir à la recherche des pistes menant vers la commercialisation…
Par Koen Vandepopuliere
Source : Science
