Les phénomènes osmotiques se manifestent lorsque l’on met en contact un réservoir d’eau salée avec un réservoir d’eau douce par l’intermédiaire de membranes semi-perméables. Il est possible
de produire de l’électricité à partir des gradients salins.

Avec une technique la différence de pression osmotique entre les deux réservoirs peut faire tourner une turbine. une autre technique permet aussi d’utiliser des membranes qui ne laissent passer que les ions pour produire un courant électrique.
La capacité théorique de l’énergie osmotique est concentrée près des embouchures des cours d’eau qui se jettent dans l’eau maritime salée. Au niveau mondial le gisement serait d’au moins 1 Térawatt, soit l’équivalent de 1000 réacteurs nucléaires.

Les technologies permettant de récupérer cette énergie présentent d’assez faibles performances environ 3 Watts par mètre carré de membrane. Les physiciens de l’Institut Lumière Matière (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l’Institut Néel (CNRS) ont fait mieux.

Ils ont d’abord étudié la dynamique de fluides confinés dans des espaces de taille nanométrique tels que l’intérieur de nanotubes. En s’inspirant de la biologie et des recherches sur les canaux cellulaires, ils ont pu pour la première fois mesurer l’écoulement osmotique traversant un nanotube unique.
Leur dispositif expérimental était composé d’une membrane imperméable et isolante électriquement. La membrane était percée d’un trou unique par lequel les chercheurs ont fait passer, à l’aide de la pointe d’un microscope à effet tunnel, un nanotube de Bore-Azote de quelques dizaines de nanomètres de diamètre extérieur. Deux électrodes plongées dans le liquide de part et d’autre du nanotube ont permis de mesurer le courant électrique traversant la membrane.

Un courant généré à travers le nanotube

En séparant un réservoir d’eau salée et un réservoir d’eau douce avec cette membrane, ils ont généré un courant électrique géant à travers le nanotube. Ce courant est provoqué par l’importante charge négative que présentent les nanotubes de Bore-Azote à leur surface, charge qui attire les cations contenus dans l’eau salée.

L’intensité du courant traversant le nanotube de Bore-Azote est de l’ordre du nanoampère, soit plus de mille fois celui produit par les autres méthodes cherchant à récupérer l’énergie osmotique. Les nanotubes Bore-Azote permettent  de réaliser une conversion extrêmement efficace de l’énergie contenue dans les gradients salins en énergie électrique directement utilisable.

En extrapolant ces résultats à une plus grande échelle, une membrane de 1 mètre carré de nanotubes de Bore-Azote
aurait une capacité d’environ 4 kW et serait capable de générer jusqu’à 30 MegaWatts.heure par an. Ces performances sont trois ordres de grandeur au-dessus de celles des prototypes de centrales osmotiques en service aujourd’hui. Les chercheurs veulent à présent étudier la fabrication de membranes composées de nanotubes de Bore-Azote, et tester les performances de nanotubes de composition différente. Ces travaux ont notamment bénéficié des soutiens de l’ERC et de l’ANR.