La dissolution des sels dans l'eau supercritique pour le recyclage des matériaux

Publié par Adrien le 30/04/2020 à 09:00
Source: CNRS INC
À des conditions de température et de pression élevées, l'eau entre dans des conditions dites supercritiques, qui modifient certaines de ses propriétés. Les huiles y sont solubles, mais plus les sels. Afin de pouvoir tout y solubiliser pour les faire interagir, des chercheurs de l'ICMCB (CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) et de l'I2M (CNRS/Université de Bordeaux/Arts et Métiers ParisTech/Bordeaux INP/INRAE) utilisent des sels fondus pour dissoudre les autres sels dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) supercritique. Décrite dans la revue Science Advances, leur méthode devrait trouver des applications dans les domaines de la synthèse et du recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un...) de nombreux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.).


HyMos permet de rassembler les communautés "sels fondus" et "hydrothermale supercritique". © Cyril Aymonier

En pressurisant et en chauffant en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans...) au-delà de ses valeurs critiques, celui-ci devient par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) supercritique. Après 374 degrés et 221 bars, l'eau supercritique présente des propriétés étonnantes: les huiles y sont solubles, mais pas les sels, qui précipitent. La solubilité des huiles et des molécules organiques, quasi nulle dans l'eau normale, est importante pour différentes applications, comme le traitement de l'eau, le recyclage de certains matériaux comme les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) des matériaux composites, ou encore pour la conversion de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe...). L'insolubilité des sels, qui précipitent et forment des dépôts, est au contraire vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) comme un inconvénient.

En effet, certaines réactions chimiques ne peuvent plus avoir lieu et le précipité (En chimie et en métallurgie, un précipité est la formation d'une phase dispersée hétérogène dans une phase majoritaire. La formation d'un...) solide peut obstruer le procédé. C'est le cas, par exemple, du procédé de traitement de déchets aqueux par oxydation hydrothermale supercritique (SCWO). Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) condensée de Bordeaux (ICMCB, CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP) et de l'Institut de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une force,...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des...) de Bordeaux (I2M, CNRS/Université de Bordeaux/Arts et Métiers ParisTech/Bordeaux INP/INRAE) ont résolu cette problématique, vieille de plus de trente ans, grâce aux Hydrothermal molten salts (HyMoS): des sels fondus en milieu hydrothermal.

Leur système passe par un premier sel, choisi pour sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...) inférieure à celle de la température critique de l'eau. Le sel précipite une fois qu'il y est injecté, mais fond aussitôt. Il est alors capable de dissoudre d'autres sels, comme le chlorure de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le...) et le sulfate de sodium, qui deviennent ainsi solubles dans le HyMoS. Cela ouvre la porte à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) un pan de la chimie, jusqu'ici inapplicable dans l'eau supercritique. Les chercheurs explorent à présent des pistes liées à la synthèse et au recyclage des matériaux, à la chimie verte ou encore à la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus faible que...).

Référence:

T. Voisin, A. Erriguible, C. Aymonier.
Hydrothermal Molten Salts (HyMos): a new solvent. Science Advances, 2020,6, eaaz7770.
DOI: 10.1126/sciadv.aaz7770
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