Chercheurs chinois et israéliens améliorent le filtrage de l’eau

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Une étude de simulation numérique de grande envergure et sans précédent a été réalisée par le Centre de recherche TAU-Tsinghua (Xin) commun à l’Université de Tel-Aviv et à l’Université de Tsinghua de Beijing, dans le but d’améliorer le filtrage de l’eau et d’en réduire les coûts et l’impact sur l’environnement par l’utilisation de nanotubes de carbones – grâce à 150.000 ordinateurs de bénévoles, à travers la plateforme du World Community Grid d’IBM.

La recherche a été dirigée par le Prof. Quanshui Zheng du Centre de nano et micromécanique de Tsinghua et le Prof. Michael Urbakh de l’École de chimie de l”Université de Tel-Aviv, tous deux membres du centre TAU-Tsinghua XIN, en collaboration avec le Prof. François Grey de l’Université de Genève. Ses résultats ont été publiés, le 6 juillet 2015, dans la revue Nature Nanotechnology.

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Selon le Centre américain pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC), 800 millions de personnes dans le monde n’ont pas accès à l’eau potable, et 2,5 milliards ne disposent pas d’eau utilisable à des fins hygiéniques. La combinaison de ces deux facteurs est à l’origine de près de 90% des cas de décès par suite de maladies intestinales. L’objectif de la nouvelle étude, comme de beaucoup d’autres, était donc de trouver un moyen plus efficace, moins couteux et plus rapide du filtrage de l’eau.

La solution innovante proposée par des chercheurs de TAU-Tsinghua Xin relève de la nanotechnologie. Ils ont découvert que de minuscules vibrations, appelées “phonons”, se produisant à l’intérieur de nanotubes de carbones, améliorent de façon significative la diffusion de l’eau à travers les filtres sanitaires. “Nous avons découvert que de minuscules vibrations aident les matériaux, humides ou secs, à glisser plus facilement les uns sur les autres”, explique le Prof. Urbakh. “Grâce à ces ‘phonons’, ces oscillations, le convoyage, la purification et la désinfection de l’eau deviennent plus faciles et plus efficaces. Les systèmes de purification d’eau utilisent beaucoup d’énergie en raison de la friction qui se déroule à l’échelle nanométrique. Grâce à ces vibrations, cependant, nous avons été en mesure d’améliorer de 300% la vitesse de diffusion de l’eau, par la diminution de la friction – et au passage nous avons économisé une bonne quantité d’énergie”.

Le projet a été réalisé par le biais de la plateforme World Community Grid d’IBM, grâce à la participation de 150 000 volontaires qui ont partagé la puissance de leur ordinateur personnel en faveur de la recherche. Les simulations antérieures effectuées par la communauté scientifique n’avaient pas permis de reproduire le processus selon un débit réaliste, car la simulation du comportement d’une infinité de molécules nécessite une puissance de calcul énorme. La nouvelle étude a pu simuler l’écoulement des molécules d’eau à travers les nanotubes en utilisant la capacité informatique massive de la plateforme, fonctionnant comme un superordinateur virtuel. “Grâce à la plateforme World Community Grid, des utilisateurs du monde entier ont pu exécuter notre logiciel, ce qui nous a permis d’atteindre des résultats précis”, explique le Prof. Urbakh. “Ce projet est le premier de son genre en Israël, nous n’aurions jamais pu atteindre de tels résultats avec quatre étudiants dans notre laboratoire. Cela aurait demandé l’équivalent de près de 40 000 années de calcul d’un ordinateur unique. Au lieu de cela, nous avons utilisé les ordinateurs personnels de 150.000 bénévoles dans le monde, qui ont téléchargé et exécuté notre logiciel sans frais et en une fraction de temps”.

“L’informatique de masse joue un rôle croissant dans les progrès scientifiques”, conclut le Prof. Urbakh. “Comme le montre notre recherche, elle peut être bénéfique pour un très large éventail d’études”. Les chercheurs sont actuellement en pourparlers avec des sociétés intéressées par l’utilisation des phonons pour divers projets commerciaux.

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