Après les énergies solaire, éolienne ou hydraulique, l’exploitation du phénomène de l’osmose pour produire de l’électricité pourrait un jour constituer une source d’énergie durable. Mais comment utiliser l’interaction entre eau salée et eau douce à travers une membrane, pour produire de l’électricité avec un rendement satisfaisant ?
Un nouveau dispositif, qui fait l'objet d'une publication dans Nature par des chercheurs du Laboratoire de biologie à l'échelle nanométrique de l’EPFL, fonctionne avec de l’eau salée, de l’eau douce, et une membrane semi-perméable innovante épaisse de seulement trois atomes. Potentiellement, une telle membrane d'un mètre carré pourrait alimenter plusieurs dizaines de milliers d’ampoules économiques.
 

Par le phénomène naturel de l’osmose, les deux solutions dont la salinité est différente, tendent naturellement à équilibrer leur concentration. Si l’on met en contact de l’eau de mer et de l’eau douce, par exemple, les ions de sel de l’eau de mer migrent vers l’eau douce à travers la membrane (en disulfure de molybdène), afin d'égaliser la teneur en sel des deux liquides. Or, un ion n’est rien de moins qu’un atome électriquement chargé. Il s’agit donc d’exploiter le déplacement de ces particules pour récolter de l’électricité.
La membrane dispose d’un minuscule trou - ou nanopore – par où transitent les ions de la solution la plus concentrée vers la moins concentrée, jusqu’à l'équilibre. Lors du passage à travers ce nanopore, des électrons sont transférés vers une électrode, ce qui permet d’obtenir un courant électrique. Une tension naît entre les deux compartiments car la membrane ne laisse passer que les ions chargés positivement. La véritable innovation de l’EPFL réside dans le choix de cette membrane. Plus elle est fine, plus le courant électrique est intense. C’est la première fois qu’un matériau en deux dimensions est utilisé pour ce type d’application. Le disulfure de molybdène (MoS2) est un matériau que l’on trouve partout dans la nature. Il peut être obtenu par déposition en phase vapeur.

Le dispositif pourrait donc être produit à large échelle, même s'il reste à trouver un moyen de fabriquer des nanopores uniformes. Avec leur système mono-nanopore, les chercheurs ont déjà pu faire fonctionner un transistor à faible consommation. Le phénomène d’osmose suscite l'engouement, des projets pilotes fleurissent en Norvège, Pays-Bas, Japon, Etats-Unis mais leurs membranes, souvent organiques, sont fragiles, et leur rendement peu satisfaisant.
L’énergie osmotique pourrait un jour jouer un rôle majeur dans la production d’énergie renouvelable. Alors que les panneaux photovoltaïques dépendent de l’ensoleillement, et les éoliennes du vent, l’énergie osmotique peut être produite en tout temps, à condition de la récupérer dans les estuaires, où se rencontrent eau douce et eau de mer.