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Peter Holme Jensen, Claus Hélix-Nielsen and Danielle Keller

Purification éco-énergétique de l'eau

Danemark

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Catégorie

Petites et moyennes entreprises

Domaine technique

Génie chimique

Société

Aquaporin

L'électronique de pointe est grande consommatrice d'eau ultrapure, mais les procédés classiques de filtrage gaspillent énormément d'énergie. Les filtres à eau inventés par le danois Holme Jensen et son équipe sont calqués sur des protéines épuratrices naturelles, les aquaporines. Ils donnent de l'eau ultrapure en quantités industrielles tout en ménageant les ressources énergétiques.

Lauréats du prix d'inventeur européen 2014 dans la categorie PME

L'invention prend modèle sur les protéines qui facilitent la circulation de l'eau entre les cellules vivantes. Appelées "aquaporines", ces protéines laissent passer les molécules d'eau à travers les membranes cellulaires tout en bloquant le passage aux contaminants tels que les sels et les minéraux. Les inventeurs s'en sont inspirés pour mettre au point une biomembrane artificielle.

Dans les méthodes classiques, l'eau à purifier passe sous très haute pression à travers des filtres de plus en plus fins. Ces méthodes consomment beaucoup d'énergie et les micropores des filtres ont tendance à se colmater. L'invention repose sur le principe de l'osmose directe : sans qu'il soit nécessaire de générer une pression hydrostatique à grand renfort d'énergie, les molécules d'eau traversent la membrane grâce à des aquaporines intégrées dans un support.

Impact social

Environ 1,5 milliard d'habitants de la planète sont privés d'accès à l'eau potable. Parallèlement, l'industrie a de plus en plus besoin non seulement d'eau pure, mais d'eau ultrapure ! Les filtres à aquaporines fournissent déjà de l'eau ultrapure à l'industrie via un procédé économe en énergie. L'étape suivante consistera à favoriser l'approvisionnement mondial en eau potable moyennant la mise en oeuvre de cette technologie dans des usines de désalinisation et de traitement des eaux usées.

Impact économique

Les membranes à aquaporines ne font pas que purifier l'eau : elles produisent de l'eau ultrapure destinée à l'industrie des semiconducteurs et des cellules photovoltaïques, où des impuretés résiduelles à l'échelle nanométrique suffissent à compromettre la qualité des composants.

Le marché mondial de la purification de l'eau est estimé à 271 milliards d'EUR, avec une croissance annuelle de 4 à 5%. Les ventes de matériel, de produits chimiques de traitement et de technologies - comme les filtres à biomembranes de la société Aquaporin A/S - représentent 21 à 22% de ce marché, soit 58 milliards d'EUR. En 2011, Aquaporin A/S s'est associée à un des plus grands fabricants mondiaux de membranes microporeuses à usage médical, l'allemand Membrana GmbH, qui intégrera la technologie de la société danoise dans ses produits.

Mode d'action

Les aquaporines assurent le transport rapide et sélectif des molécules d'eau par osmose directe à travers les membranes. Dans l'osmose directe, c'est l'énergie cinétique qui fait passer l'eau d'une zone à haute concentration en solutés vers une zone de moindre concentration. L'eau descend la pente du gradient de pression, à l'instar d'une cascade où elle tombe du haut vers le bas sous l'effet de la gravité. Seule l'eau peut passer via les canaux protéiques, ceux-ci bloquant tout autre molécule ou ion.

Qualifiées de "biomimétiques" parce qu'elles imitent les propriétés des aquaporines responsables du transport intercellulaire de l'eau dans le monde vivant, les aquaporines des membranes inventées par Jensen et son équipe sont intégrées à une couche active superposée à un support hyperporeux en téflon. Les replis minuscules des pores membranaires laissent passer l'eau pure par osmose. Bien qu'obligées de passer "à la file indienne", les molécules d'eau traversent à une vitesse foudroyante, de l'ordre d'un milliard de molécules par seconde par canal.

Inventeur

Peter Holme Jensen est un chimiste spécialisé dans la chimie des protéines. Né à Aarhus au Danemark, cofondateur avec Morten Østergaard Jensen, de la société Aquaporin A/S de Copenhague, il travailla d'abord plusieurs années pour des entreprises pharmaceutiques avant de se consacrer à sa propre invention. Sa devise : les avancées technologiques doivent prendre exemple sur la nature. Incité par un ami à se pencher sur les aquaporines, Jensen trouva ce qu'il cherchait : un système naturel autonome pouvant servir de base à une invention applicable à l'échelle industrielle.

Le saviez-vous ?

Les propriétés naturelles des aquaporines ne se limitent pas au filtrage de l'eau. Si des perfectionnements continuent de leur être apportés, elles pourraient bien devenir une source d'énergie propre, en produisant de l'électricité durable dans des centrales osmotiques. Cette possibilité intéresse particulièrement les pays que la géographie prive d'autres options en matière d'énergies renouvelables. Les inventeurs envisagent actuellement des projets pilotes.