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Comment éponger des fuites d'huile avec de l'aérogel

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Une équipe de chimistes a mis au point un procédé écologique pour produire un aérogel à base de cellulose. Hydrophobe mais capable d'absorber jusqu'à 100 fois son poids en polluants comme du gazole, il pourrait servir à lutter contre des marées noires ou aider à dépolluer des eaux contaminées par des métaux lourds.

Sur cette image, du gazole a été coloré en rouge. Un morceau d'un nouveau type d'aérogel à base de nanocellulose est en train de l'absorber. © Bryce Richter

La lyophilisation a été découverte en 1906 au laboratoire de biophysique du Collège de France à Paris. Arsène d'Arsonval et son préparateur F. Bordas ont montré que les chimistes pouvaient provoquer, par sublimation, la dessiccation d'un produit préalablement surgelé. Cette cryodessiccation, le nom ancien de la lyophilisation, a par la suite été étendue à d'autres solvants sublimés, comme par exemple des alcools. Un groupe de chercheurs états-uniens vient de s'en servir pour fabriquer un aérogel à base de cellulose.

Il s'agit d'un nouvel avatar d'une famille de matériaux dont le premier exemple a été synthétisé en 1931 par l'ingénieur chimiste Steven Kistler. En général, les aérogels se présentent comme une sorte de mousse solide très poreuse avec un réseau de cavités de tailles nanométriques . On sait en effet en fabriquer avec différentes compositions chimiques, à base d'oxyde d'étain, de chrome et même à partir du carbone et de l'alumine. Un aérogel est devenu célèbre il y a quelques années car il a été utilisé pour capturer et ramener sur Terre des poussières de la comète Wild 2.

L'aérogel organique que l'on voit dans cette vidéo est constitué d'air à plus de 99 %. Il n'absorbe pas l'eau (water) mais il en est tout autrement pour l'essence (gazoline). © Wisconsin Institute for Discovery

L'aérogel, que l'on appelle parfois le « brouillard de San Francisco » ou la « fumée gelée » parce qu'il est souvent composé à 99,8 % d'air et d'une densité de 3 mg/cm3, présente une structure poreuse en fait assez commune dans la nature. On la retrouve dans les cellules, les os, les polymères, les phospholipides et aussi en géologie, dans le cas des transferts d'eau et de pétrole au sein des roches. C'est probablement avec ces constatations en tête que les scientifiques de l'University of Wisconsin-Madison ont cherché à en fabriquer un pouvant servir à dépolluer de l'eau contaminée par des produits pétroliers et des métaux lourds.

Un aérogel à base de nanocellulose

Le résultat de leurs travaux vient d'être exposé dans un article de Journal of Materials Chemistry A. Les chimistes y expliquent qu'ils ont utilisé des nanofibrilles de cellulose ainsi qu'un autre polymère écologique. Rappelons que la cellulose est elle-même un polymère naturel et c'est le plus disponible sur la planète. L'aérogel qu'ils ont obtenu par lyophilisation ne requiert pas de solvants organiques polluants. Il a ensuite été traité avec du silane, un composé de formule SiH4, analogue structurel silicié du méthane.

Le produit obtenu peut absorber différents solvants organiques jusqu'à 100 fois son poids tout en restant hydrophobe. Il absorbe aussi facilement les ions métalliques. Très flexible, il peut donc être utilisé pour lutter contre divers types de pollutions en jetant dans de l'eau des blocs d'aérogel. Une fois ces polluants absorbés, par exemple du gazole, il suffit de les retirer et de les presser comme des éponges pour récupérer les produits. Bien que sa capacité d'absorption diminue après chaque utilisation, il peut être réutilisé pour un couple de cycles.

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