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Des nanorobots au graphène pourraient dépolluer l'eau

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Guidés par un champ magnétique, de minuscules tubes de graphène pourraient piéger des métaux lourds en solution dans une eau polluée. Rapatriés de la même manière, ils permettraient de les extraire. Une équipe vient d'en faire la démonstration.

Modélisation numérique d'un feuillet de graphène d’une seule épaisseur d’atomes de carbone organisés en nid d’abeilles. © Pasieka, SPL/Cosmos-CNRS

Parmi les chantres de la nanotechnologie, certains nous promettent des miracles dans quelques décennies. Des essaims de nanorobots maîtriseraient la matière atome par atome et renforceraient notre corps, au point que des transhumains auront un jour les capacités imaginées dans le court-métrage de l'Esa réalisé à l'occasion de la mission Rosetta.

Il est malheureusement difficile d'y voir autre chose que des espoirs condamnés à rester de la science-fiction. Toutefois, des microrobots sont sans doute en train de voir le jour et l'impact des nanosciences est bien réel. On peut s'en convaincre avec les travaux menés par une équipe internationale de chercheurs, et publiés dans un article de Nano letters. Ils affirment que des microrobots recouverts de graphène pourraient dépolluer efficacement des eaux contenant des métaux lourds. En l'occurrence, leurs travaux montrent qu'il est possible de retirer 95 % du plomb contenu dans l'eau en une heure.

La performance est intéressante car il faut se rappeler que la pollution par des métaux comme le mercure, le cadmium et le chrome, donc pas seulement le plomb, est un vrai problème avec des enjeux environnementaux importants. Elle peut provenir d'activités industrielles aussi importantes que l'exploitation minière, la fabrication de batteries ou l'électronique.

Une représentation d'artiste des microrobots propulsés par des bulles d'oxygène. Leur revêtement en oxyde de graphène capture efficacement le plomb dans l'eau. © American Chemical Society

Des tubes magnétiques recouverts de graphène et propulsés par l'oxygène

Pour répondre à ce défi, les chercheurs ont conçu et fabriqué des micro-objets cylindriques composés de trous couches. La plus interne constitue un tube creux en platine qui réagit avec de l'eau contenant du peroxyde d'hydrogène (l'eau oxygénée, H2O2). Des microbulles d'oxygène se forment alors dans le tube, dont elles sortent par une ouverture : voilà une propulsion par réaction. Le tube de platine est enrobé dans une couche de nickel ferromagnétique, de sorte que les tubes se comportent aussi comme des microaimants en mouvement. Il devient ainsi possible d'en diriger les trajectoires à l'aide de champs magnétiques variables. La couche externe entourant le nickel est faite d'oxyde de graphène et c'est elle qui capture efficacement les atomes de plomb.

L'utilisation des champs magnétiques permet aussi bien de déplacer ces micro-objets dans l'eau polluée que de les extraire une fois terminée la collecte des métaux. Traités avec une solution acide, ils relâchent les polluants et sont à nouveau prêts à l'emploi.

Les résultats obtenus laissent penser que le procédé peut aussi servir à extraire d'autres métaux des eaux polluées et avec un coût plus bas que les autres techniques utilisées jusqu'ici.

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