24 Mars 2015  |  Environnement
Publié dans Sécurité Environnement 01/2015

Des éponges en nanocellulose contre les marées noires

Un nouveau matériau absorbant issu de la recherche de l’Empa sur le bois, une mousse de nanocellulose chimiquement modifiées, pourrait à l’avenir aider à lutter contre les catastrophes causées par le déversement de pétrole et autres hydrocarbures dans la mer, les lacs et les cours d’eau.

Toutes les nations industrielles consomment de grandes quantités de pétrole qui, le plus souvent, sont transportées à leur lieu de destination par des pétroliers en haute mer ou par des péniches sur les voies fluviales. Toute avarie peut se solder par une marée noire.
La méthode de dépollution la plus écologique après une marée noire consiste à absorber le film de pétrole surnageant. Tanja Zimmermann et Philippe Tingaut, des chercheurs de l’Empa, en collaboration avec Gilles Sèbe de l’Université de Bordeaux, ont développé un matériau absorbant très efficace qui sépare sélectivement le film de pétrole de l’eau et qui se récupère ensuite aisément. Il s’agit d’une mousse de nanocellulose modifiée chimiquement par «silylation».
 
La preuve du comportement à la fois hydrophobe et oléophile de la nanocellulose modifiée chimiquement: une goutte d’eau (colorée en bleu) déperle sur la nanocellulose, alors qu’une goutte de pétrole (colorée en rouge) est absorbée. (Photo: Empa)
 
Au cours des essais de laboratoire, ces éponges absorbent jusqu’à cinquante fois leur poids en huile minérale ou en huile pour moteurs. Elles conservent leur forme d’origine, ce qui permet de les retirer de l’eau avec une simple pincette. Il s’agit maintenant de perfectionner encore ces éponges pour pouvoir les utiliser non seulement en laboratoire, mais également lors d’accidents réels. Et pour cela l’Empa est à la recherche d’un partenaire industriel.
 
Il suffit ensuite de retirer de l’eau l’éponge de nanocellulose imbibée de pétrole. (Photo: Empa)
 
Production à partir de la cellulose des plantes
La cellulose nanofibrillée (CNF) - le matériau de base de ces éponges -, est obtenue à partir de matières premières cellulosiques, telles que les fibres de bois, la paille, ou le papier recyclé. Ces matières sont diluées dans l’eau, puis traitées mécaniquement par cisaillement à hautes pressions. Il se forme alors un gel qui contient de longues et fines fibres de cellulose interconnectées.
Lorsque l’eau contenue dans cette suspension est remplacée par de l’air par lyophilisation, on obtient une éponge de nanocellulose qui absorbe aussi bien l’huile que l’eau. Ce matériau coule dans l’eau et n’est donc pas encore appropriée pour l’usage recherché.
 
Ce matériau léger absorbe les nappes d’hydrocarbures, reste à la surface de l’eau et peut être ensuite facilement récupéré. Il est produit de manière écologique à partir de fibres de bois ou de sous-produits issus de l’agriculture. (Photo: Empa)
 
Les chercheurs de l’Empa sont parvenus, en une seule étape, à modifier les propriétés chimiques de la nanocellulose par l’adjonction d’une molécule d’alcoxysilane réactive dans le gel avant la lyophilisation. Ceci fait perdre à l’éponge de nanocellulose ses propriétés hydrophiles. Elle n’est plus mouillée par l’eau et ne se lie plus qu’avec les composés huileux.
En laboratoire, cette éponge en nanocellulose «silylée» absorbe, en l’espace de quelques secondes, jusqu’à cent fois son propre poids en différentes substances tests, telles que l’huile pour moteurs, l’huile de silicone, l’éthanol ou le chloroforme. Elle possède ainsi plusieurs des propriétés recherchées: elle est fortement absorbante, flotte à la surface de l’eau - même à l’état complètement imbibé - et elle est en plus biodégradable.
 
Bibliographie
Ultralightweight and Flexible Silylated Nanozellulose Sponges for the Selective Removal of Oil from Water, Zhang Z., Sèbe G., Rentsch D., Zimmermann T., Tingaut P., Chem. Mater. 2014, 26, 2659−2668.


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