Ressource indispensable à la vie, l'eau est menacée par la pollution anthropique de l'environnement. De fait, les eaux naturelles ou rendues potables sont affectées par de multiples polluants : colorants, PFAS (composés per- et polyfluoroalkylés), pesticides et leurs métabolites, résidus de médicaments. Certes des solutions de traitement des eaux usées existent, mais ce sont des milliers de molécules différentes à éliminer si bien que les installations en laissent passer de plus en plus. Par ailleurs, les méthodes classiques d'élimination par sorption (charbons actifs), filtration ou oxydation (ozonation) sont énergivores et génèrent des déchets toxiques.
Utilisation d'un matériau naturel en films minces comme électrode pour amplifier ses propriétés
C'est pourquoi une équipe de l'UMR Nimbe au CEA-Iramis développe des méthodes éco-responsables, peu énergivores et déployables à grandes échelles. L'idée directrice, bio-inspirée, repose sur une synthèse en laboratoire basée sur des matériaux naturelslement présents dans les sols. « Ces matériaux électrodéposés en films minces sont utilisés par simple contact, c'est-à-dire sans apport d'énergie, pour éliminer des métaux toxiques et dégrader des polluants organiques à température ambiante et à pression atmosphérique », indique Sophie Peulon-Page.
Des expériences ont porté sur le développement de films minces d'oxyde de manganèse lamellaire pour dépolluer des solutions aqueuses contenant du bleu de méthylène, molécule modèle des phénothiazines largement présents dans l'industrie. Un second volet de l'étude utilisant ces films nanostructurés comme électrodes montre une amplification des propriétés naturelles du matériau, ce qui élargit leur potentiel applicatif.
Une dégradation du bleu de méthylène qui ne laisse pas de résidus
« Nous avons effectué une caractérisation multi-techniques du matériau, avant et après son exposition à la solution., ce qui a permis de confirmer sa robustesse du fait de capacités d'auto-régénération. Les molécules organiques capturées ont été identifiées par spectroscopie UV et visible., en complément d'analyses par chromatographie ionique des espèces inorganiques. Ainsi, la dégradation directe en quelques minutes du bleu de méthylène a pu être observée, avec la formation de petits acides organiques et d'espèces minérales, sans production de colorants dérivés », détaille la chercheuse.
Résultats : un accroissement des rendements de dégradation et de minéralisation, une accélération de la cinétique des réactions ainsi qu'une régénération totale des matériaux ; le tout avec un faible apport énergétique. Ces travaux fondamentaux ont déjà ouvert la voie à deux projets de pré-maturation, Idex Paris-Saclay, et un projet de maturation avec la SATT Paris-Saclay. Deux industriels spécialistes du traitement des eaux sont en effet déjà très intéressés par ces procédés innovants.