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    L'adsorption, à ne pas confondre avec l'absorptionabsorption, est un phénomène physique qui se produit lorsque des molécules d'une substance (appelée adsorbat) se lient à la surface d'un matériau solide ou liquide (appelé adsorbant). Cette interaction se produit sans qu'il y ait de réaction chimiqueréaction chimique entre l'adsorbant et l'adsorbat, et les molécules adsorbées restent généralement à la surface du matériau.

    Historiquement, le concept d'adsorption a été introduit au début du XXe siècle. En 1909, le physicienphysicien allemand Fritz HaberFritz Haber a développé la première théorie quantitative de l'adsorption. Depuis lors, de nombreux chercheurs ont contribué à la compréhension et à l'applicationapplication de ce phénomène. 

    L'adsorption joue un rôle essentiel dans de nombreux domaines scientifiques et industriels en raison de ses propriétés uniques et de ses applications variées. Elle permet la séparationséparation sélective de composés d'un mélange en fonction de leur affinité pour l'adsorbant. Cela est particulièrement utile dans la purification de l'eau, la séparation de gaz, et d'autres processus de purification.

    Le processus de l'adsorption

    L'adsorption repose sur la propriété qu'ont les surfaces solides de fixer certaines molécules de manière réversibleréversible, par des liaisons faibles de type Van der Waals. Cette propriété est liée à la structure même du solide où subsistent, en surface, des forces non équilibrées par suite des dissymétries dans la répartition des atomesatomes : la formation d'une couche de molécules adsorbées compense en partie ce déséquilibre. Un matériau est considéré comme adsorbant s'il possède une surface spécifique suffisamment grande et des propriétés chimiques ou physiques qui favorisent l'interaction avec les molécules d'adsorbat. La porositéporosité du matériau est souvent un facteur important, car elle permet une plus grande surface d'adsorption.

    Illustration de deux phénomènes de sorption : absorption et adsorption. © Daniele Pugliesi, <em>Wikimedia Commons</em>, CC BY-SA 3.0
    Illustration de deux phénomènes de sorption : absorption et adsorption. © Daniele Pugliesi, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

    L'adsorption est généralement exothermiqueexothermique, ce qui signifie que la libération de chaleurchaleur accompagne le processus. Cela est dû à la diminution de l'énergie potentielleénergie potentielle des molécules adsorbées lorsqu'elles sont attirées vers la surface de l'adsorbant. Cette libération de chaleur est souvent exploitée dans des applications telles que la régénération des adsorbants.

    Réversibilité de l'adsorption

    Lorsque les conditions environnementales changent, telles que la pressionpression, la température ou la composition du milieu, les molécules adsorbées peuvent se détacher de la surface de l'adsorbant et retourner dans le milieu environnant. Ce processus est souvent appelé la « désorptiondésorption ». La réversibilité de l'adsorption est une caractéristique importante et souhaitable dans de nombreuses applications, car elle permet de régénérer et de réutiliser les matériaux adsorbants. Par exemple, dans le cas du charboncharbon actif utilisé dans la purification de l'eau, le matériau peut être régénéré en le chauffant pour éliminer les molécules adsorbées, ce qui permet une réutilisation du charbon actif.

    L’adsorption dans la vie courante 

    L'adsorption a de nombreuses applications pratiques dans la vie courante. Voici quelques exemples qui illustrent comment l'adsorption est intégrée dans de nombreux aspects de la vie quotidienne pour résoudre divers problèmes liés à la purification, à l'élimination d'odeurs, à la conservation des aliments, à la déshumidification et à d'autres applications pratiques.

    Purification de l'eau

    Les filtres à eau exploitent l'adsorption pour éliminer les impuretés, les produits chimiques, les métaux lourds et les contaminants de l'eau potable. Le charbon actif est un exemple courant de matériau adsorbant. Il est constitué de particules de carbonecarbone très poreuses qui offrent une grande surface spécifique pour l'adsorption de diverses substances. 

    Élimination des odeurs

    Des matériaux adsorbants sont souvent utilisés dans les filtres d'airair, les purificateurs d'air et les réfrigérateurs pour adsorber les molécules responsables des odeurs indésirables. Les charbons actifs sont parfois utilisés dans les hottes de cuisine pour adsorber les odeurs de cuisson et les composés indésirables émis pendant la préparation des aliments.

    Le charbon actif est un exemple courant de matériau adsorbant. Il est constitué de particules de carbone très poreuses qui offrent une grande surface spécifique pour l'adsorption de diverses substances. © Vetre, Adobe Stock
    Le charbon actif est un exemple courant de matériau adsorbant. Il est constitué de particules de carbone très poreuses qui offrent une grande surface spécifique pour l'adsorption de diverses substances. © Vetre, Adobe Stock

    Produits de soins personnels

    Les dentifrices, les désodorisants et d'autres produits de soins personnels peuvent contenir des agents adsorbants pour éliminer les substances indésirables.

    Élimination de taches

    Certains détergents à lessive contiennent des agents adsorbants pour éliminer les taches en adsorbant les molécules responsables de la coloration.

    Dépollution de l'air

    Certains systèmes de purification de l'air utilisent des adsorbants pour capturer les polluants atmosphériques tels que les gazgaz toxiques, les vapeurs chimiques et les composés organiques volatils (COVCOV). 

    Stockage de gaz

    Certains matériaux poreux, adsorbants, tels que les zéolites et les MOFs (Metal-Organic Frameworks), sont capables de stocker des gaz, offrant ainsi des solutions de stockage pour des applications telles que le stockage d'hydrogènehydrogène, le méthane ou de gaz carboniquegaz carbonique.

    Stockage de gaz dans les emballages alimentaires

    Les emballages alimentaires peuvent contenir des matériaux adsorbants pour prolonger la duréedurée de conservation des aliments en adsorbant l'humidité, l'oxygèneoxygène ou d'autres gaz indésirables. 

    Médicaments

    L'utilisation de l'adsorption dans le domaine pharmaceutique vise souvent à résoudre des problèmes liés à la solubilité, la stabilité, la délivrance contrôlée et la purification des médicaments. Ces approches contribuent à l'amélioration des performances des médicaments et à une meilleure efficacité thérapeutique. Certains médicaments utilisent donc des matériaux adsorbants pour améliorer leur absorption dans le corps. Les adsorbants peuvent être utilisés dans les pansements médicaux pour adsorber les excès d'humidité et favoriser la cicatrisationcicatrisation des plaies.

    Déshumidification

    Les sacs de gelgel de silicesilice, souvent présents dans les emballages de produits électroniques ou textiles, adsorbent l'humidité pour prévenir la corrosioncorrosion et les dommages dus à l'humidité.

    Autres domaines d'applications scientifiques et industrielles de l'adsorption

    CatalyseCatalyse : l'adsorption joue un rôle crucial dans de nombreuses réactions catalytiques, en permettant aux réactifsréactifs de se fixer à la surface d'un catalyseurcatalyseur, facilitant ainsi la réaction chimique.

    Adsorption en chimiechimie : dans la synthèse chimique, l'adsorption est utilisée pour purifier et séparer les composés. Des techniques analytiques telles que la chromatographiechromatographie exploitent l'adsorption pour séparer et identifier les composants d'un mélange.

    Les principaux matériaux adsorbants 

    • Charbons actifs : les charbons actifs, dérivés de sources telles que le boisbois ou la noix de coco, sont parmi les adsorbants les plus couramment utilisés. Leur structure poreuse offre une grande surface spécifique pour l'adsorption de diverses substances.
    • ZéolithesZéolithes : les zéolithes sont des minérauxminéraux microporeuxmicroporeux qui sont également utilisés comme adsorbants. Leur structure cristalline régulière et leur capacité à adsorber sélectivement certaines molécules les rendent utiles dans des applications telles que la purification de l'eau et le stockage de gaz.
    • Gel de silice : le gel de silice est un matériau poreux utilisé comme adsorbant pour l'humidité. Il est souvent présent dans des sachets dans les emballages de produits pour prévenir la condensationcondensation et la dégradation causées par l'humidité.
    • Adsorbants synthétiques : les résines échangeuses d'ionsrésines échangeuses d'ions, les macromoléculesmacromolécules synthétiques et d'autres adsorbants synthétiques sont conçus pour des applications spécifiques. Ils peuvent être utilisés dans des procédés tels que la chromatographie ou la purification de composés chimiques.