Une étude a permis de mettre au point un nouveau matériau capable d'adsorber les polluants de l'air et de l'eau et qui pourrait constituer une alternative durable et peu coûteuse au charbon actif actuellement utilisé.
La pollution rend la terre, l'eau , l'air et les autres composantes de l'environnement de notre planète sales, insalubres et impropres à l'usage. Elle est causée par l'introduction artificielle de contaminants dans un milieu naturel. La pollution se présente sous différentes formes ; par exemple, la pollution des sols est principalement due aux déchets ménagers et aux déchets industriels des entreprises. La pollution de l'eau est causée par l' introduction de substances étrangères telles que des produits chimiques, des eaux usées , des pesticides, des engrais ou des métaux comme le mercure. La pollution de l'air est causée par les particules issues de la combustion de carburants, comme la suie, qui contient des millions de particules fines en suspension dans l'air. Parmi les autres types courants de pollution atmosphérique, on trouve les gaz dangereux, tels que le dioxyde de soufre, le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et les vapeurs chimiques. La pollution de l'air peut également prendre la forme de gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone ou le dioxyde de soufre) qui contribuent au réchauffement climatique par effet de serre. La pollution sonore est un autre type de pollution, car le bruit provenant des avions, des industries ou d'autres sources atteint des niveaux nocifs.
Malgré les efforts considérables déployés ces dernières années pour assainir l'environnement, la pollution demeure un problème majeur et représente un risque sanitaire persistant, affectant 200 millions de personnes dans le monde. Ces problèmes sont incontestablement plus graves dans les pays en développement, où les sources traditionnelles de pollution, telles que les émissions industrielles, l'insalubrité, la gestion inadéquate des déchets, la contamination de l'eau et l'exposition à la pollution de l'air intérieur due aux combustibles de biomasse, touchent un grand nombre de personnes. Même dans les pays développés, la pollution environnementale persiste, notamment au sein des populations les plus pauvres. Les risques sont généralement plus élevés dans les pays en développement, où la pauvreté, les contraintes économiques liées à l'adoption des technologies et la faiblesse des législations environnementales se conjuguent pour engendrer des niveaux de pollution élevés. Ce risque est encore aggravé par l'eau insalubre , l'insalubrité, le manque d'hygiène et la pollution de l'air intérieur. La pollution a des effets néfastes sur les enfants à naître et en développement, et l'espérance de vie peut être réduite à seulement 45 ans en raison des cancers et autres maladies. La pollution de l'air et de l'eau est un tueur silencieux qui affecte gravement notre planète et, par conséquent, l'humanité. L'air que nous respirons possède une composition chimique bien précise : il est composé à 99 % d'azote, d'oxygène, de vapeur d'eau et de gaz rares. La pollution atmosphérique survient lorsque des substances qui n'y sont pas naturellement présentes s'y ajoutent. Les particules fines – particules solides et gouttelettes liquides en suspension dans l'air et émises par les centrales électriques, l'industrie, les automobiles et les incendies – sont désormais omniprésentes dans les villes et même en périphérie. De plus, des millions de tonnes d'effluents industriels sont rejetées chaque année dans les cours d'eau du monde entier . Ces particules fines, tout comme les colorants, sont extrêmement toxiques pour l'environnement, les écosystèmes et la santé humaine.
Diverses méthodes et procédures sont couramment utilisées pour lutter contre la pollution de l'air et de l'eau , notamment la filtration, l'échange d'ions, la coagulation, la décomposition et l'adsorption. Chacune de ces méthodes présente un taux de réussite différent. L'adsorption est considérée comme la plus avantageuse en raison de sa simplicité, de sa facilité de mise en œuvre, de sa grande efficacité et de sa praticité. Parmi les différents adsorbants, le charbon actif est le plus fréquemment utilisé pour la dépollution de l'air et des eaux usées . Également appelé charbon activé, il s'agit d'une forme de carbone traitée pour présenter de petits pores de faible volume, ce qui augmente la surface disponible pour l'adsorption ou les réactions chimiques. De fait, le charbon actif est la référence en matière d'adsorbants. Le carbone possède une affinité naturelle pour les polluants organiques comme le benzène, qui se fixent à sa surface. Si l'on « active » le charbon, c'est-à-dire si on le traite à la vapeur à 1 800 degrés, on obtient de petits pores et des cavités qui augmentent sa surface spécifique. Les pesticides, le chloroforme et autres contaminants s'infiltrent dans les pores de ce filtre alvéolaire et y restent piégés. De plus, une fois l'eau traitée, aucun résidu de charbon ne subsiste. Les stations d'épuration des eaux des pays en développement comme la Chine et l'Inde utilisent couramment du charbon actif. Ce dernier possède des propriétés spécifiques qui permettent d'éliminer les composés volatils, les odeurs et autres polluants gazeux de l'air. Son fonctionnement est relativement simple. Le charbon actif présente toutefois quelques inconvénients : il est très coûteux et sa durée de vie est très courte, car il ne peut être utilisé que lorsque ses pores sont saturés – d'où la nécessité de changer le filtre régulièrement. De plus, sa régénération est difficile et son efficacité diminue avec le temps. Enfin, il est inefficace pour éliminer les contaminants non attirés par le charbon ou les bactéries et virus pathogènes.
Une alternative économique et durable
Dans une étude récente publiée dans Frontiers in Chemistry , des chercheurs ont créé un matériau abordable, économique et durable pour lutter contre la pollution de l'air et de l'eau. Ce nouveau matériau poreux « vert », produit à partir de déchets solides et de polymères organiques naturels abondants, se révèle très prometteur pour l'adsorption des polluants présents dans les eaux usées et l'air, notamment comparé au charbon actif, et est présenté comme une alternative économique. Ce nouvel adsorbant « vert » est une combinaison d'une matière première naturellement abondante – un polysaccharide appelé alginate de sodium, extrait d'algues marines – et d'un sous-produit industriel – la fumée de silice (issue du traitement des alliages de silicium). Sa synthèse est très simple et sa consolidation repose sur les propriétés gélifiantes de l'alginate et sur la décomposition du bicarbonate de sodium, qui permet de contrôler la porosité à basse température et à différentes échelles. Lors des tests sur des eaux usées polluées, un colorant bleu a été utilisé comme polluant modèle. Les résultats montrent que ce nouveau matériau hybride adsorbe et élimine le colorant avec une efficacité d'environ 94 %, un résultat très encourageant. Même de très fortes concentrations de ce colorant ont été éliminées. Ce matériau a démontré des capacités prometteuses pour la capture des particules fines issues des gaz d'échappement diesel. L'étude, menée par le Dr Elza Bontempi de l'Université de Brescia (Italie), conclut que ce matériau pourrait remplacer efficacement le charbon actif pour la capture des particules fines présentes dans l'air et des polluants organiques dans les eaux usées, contribuant ainsi à la réduction de la pollution.
Ce travail est passionnant, car ce nouveau matériau est produit de manière très innovante et économique à partir de polymères abondants dans la nature et de sous-produits industriels habituellement jetés. Qualifié d'« hybride organique -inorganique », ce matériau est non seulement peu coûteux, mais aussi durable et régénérable. Il pourrait même remplacer le charbon actif et devenir une solution de choix. Sa production consomme moins d'énergie (énergie intrinsèque) et son empreinte carbone est donc bien moindre. Ce matériau est également auto-stabilisant, ne nécessite aucun traitement thermique à haute température et sa production peut être adaptée à différentes expériences. Des tests en cours indiquent qu'il peut être stocké à température ambiante et qu'il gagne en stabilité avec le temps sans se dégrader. De ce fait, il est très polyvalent et pourrait trouver de nombreuses applications dans la filtration de l'air et de l'eau. Il suscite un grand espoir pour lutter contre la pollution de l'air et de l'eau et protéger la planète et l'humanité.
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Références:
Zanoletti A et al. 2019. Un nouveau matériau hybride poreux dérivé de la fumée de silice et de l'alginate pour une réduction durable des polluants. Frontiers in Chemistry . 6. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00060
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