L’étude ci-jointe examine de manière critique le modèle Solution-Diffusion (SD) qui a été traditionnellement utilisé pour expliquer le transport de l’eau dans les membranes d’osmose inverse (RO). Les auteurs affirment que le modèle SD, qui suppose que l’eau se diffuse à travers la membrane sous l’effet d’un gradient de concentration, ne représente pas avec précision les mécanismes réels en jeu dans les membranes d’osmose inverse. Ils défendent le modèle de l’écoulement des pores, selon lequel le transport de l’eau est déterminé par un gradient de pression à travers les pores de la membrane.

Le modèle SD a été le cadre prédominant pour décrire le mouvement de l’eau dans les processus d’OI, impliquant la partition de l’eau dans la membrane et sa diffusion le long de son gradient de concentration. Toutefois, des résultats expérimentaux et théoriques récents ont mis en évidence des failles importantes dans ce modèle :

1. **Contrairement à l’hypothèse du modèle SD selon laquelle les membranes ne sont pas poreuses, des techniques avancées telles que la spectroscopie d’annihilation des positons (PALS) et la diffusion des rayons X sous grand angle (WAXS) ont montré que les membranes d’osmose inverse possèdent un réseau de pores inférieurs au nanomètre, ce qui les rend poreuses.

2. **Au lieu de molécules d’eau individuelles dispersées comme le suppose le modèle SD, l’eau a tendance à se déplacer en grappes à travers les pores de la membrane, comme l’ont démontré les simulations moléculaires.

3. **L’hypothèse d’un gradient de concentration entraînant la diffusion de l’eau est remise en question. Les données expérimentales et de simulation indiquent l’absence d’un tel gradient à l’intérieur de la membrane.

4. **L’application du concept de diffusion dans le modèle SD ne correspond pas aux comportements de transport observés, qui sont plus cohérents avec un écoulement visqueux.

5. **Traitement indépendant de l’eau et du sel:** Le modèle SD traite le transport de l’eau et du sel comme des processus indépendants, ignorant leur interdépendance et les interactions frictionnelles entre eux.

Les auteurs concluent que le modèle d’écoulement des pores, soutenu par le modèle de friction de la solution, décrit plus précisément la dynamique du transport de l’eau dans les membranes d’osmose inverse. Ce modèle reconnaît le rôle de l’écoulement sous pression à travers les pores de la membrane et prend en compte les interactions entre l’eau, le sel et le matériau de la membrane. En corrigeant ces malentendus fondamentaux, l’étude appelle à une réorientation de la recherche vers le développement de membranes d’osmose inverse basées sur des mécanismes de transport précis, ce qui pourrait améliorer l’efficacité et l’efficience de la technologie de dessalement.

Référence : Hanqing Fan, Mohammad Heiranian, Menachem Elimelech, The solution-diffusion model for water transport in reverse osmosis : What went wrong ?, Desalination, Volume 580, 2024, 117575, ISSN 0011-9164, https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117575.

Publié le 25 mars 2024