La microfluidique pour neutraliser les agents de guerre chimique

Publié par Adrien le 14/04/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
La neutralisation des agents de guerre chimique (CWA) est une question de la plus haute importance en raison des stocks restants des conflits passés ou de leur utilisation lors des récents événements dramatiques. Parmi ces CWA, les "gaz moutardes" au soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) et les agents neurotoxiques organophosphorés de la série V sont particulièrement persistants dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). A l'aide d'un système de microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont...) en flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) continu, une équipe franco-belge a relevé le défi de leur neutralisation efficace et parfaitement contrôlée à l'aide d'un oxydant solide classique, l'oxone. Ces résultats, à retrouver dans la revue Green Chemistry, apportent une solution très prometteuse pour l'environnement et les populations de nombreuses zones géographiques.


Dispositif fluidique de neutralisation d'agents chimiques de guerre. © Elisabeth Scherrer

Les agents de guerre chimique sont des produits hautement toxiques dont la persistance ( Persistance (statistiques) Persistance (informatique) en peinture : La...) dans l'environnement constitue une menace réelle pour de nombreuses populations. Enfouis sous les mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) dans des obus du passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), ils y restent des décennies pour progressivement s'échapper suite à la corrosion du métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) qui les contient. Leur neutralisation naturelle par hydrolyse étant très lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) et pratiquement inexistante, des traitements par oxydation des fonctions soufrées sont envisageables pour détoxifier ces composés.

C'est une tâche très compliquée pour les chimistes car faire réagir ces produits très réactifs engendre souvent des produits secondaires de réaction tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) aussi dangereux. Par exemple, le "gaz moutarde (Le gaz moutarde est un composé chimique cytotoxique, vésicants avec la capacité de...)", pour être détoxifié, ne doit recevoir qu'un seul atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) par atome de soufre, et pas un de plus sinon la réaction conduit à la formation de nouvelles molécules tout aussi toxiques. Concrètement, cela veut dire qu'un système de réaction hautement contrôlé et précis doit être mis en place. Là où un réacteur (Un réacteur peut désigner :) classique à agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs...) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) serait bien trop risqué, la microfluidique apporte la solution miracle. C'est ce qu'a récemment démontré une équipe de chimistes du laboratoire de Chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant l'étude scientifique de...), bioorganique: réactivité et analyse (CNRS/INSA Rouen Normandie/ Université de Rouen (L'université de Rouen est une université nationale française, basée à...) Normandie), en collaboration avec un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) de l'Université de Liège (L’Université de Liège est une université de Belgique située à...) en Belgique.

Le réacteur utilisé est un simple tube dans lequel entre l'agent chimique à neutraliser. Le réactif s'écoulant dans un microcanal d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) millimétrique, le flux est lent et laminaire et avance dans un seul sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...), sans aucun risque de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) et de va et vient catastrophique pour le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) de l'oxydation. Dans le réacteur tubulaire, l'agent chimique rencontre l'oxone, un agent d'oxydation commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.), et le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de réaction et donc le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) d'oxydation sont directement contrôlés par le débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) de pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il...) et le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) du réacteur. C'est ce contrôle spatio-temporel, rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) possible grâce à la micro-fluidique, qui permet de traiter de façon sûre, et à la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) près, des quantités illimitées d'agents chimiques dangereux.

Ces résultats très prometteurs, publiés dans la revue Green Chemistry, offrent une lueur d'espoir contre la menace que représente ces agents toxiques. D'autres applications tout aussi inattendues et utiles de la microfluidique sont à retrouver avec celle présentée ici dans le livre Etonnante Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) à paraitre chez CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) Edition.

Référence:
Flow neutralisation of sulfur-containing chemical warfare agents with Oxone: packed-bed vs. aqueous solution,
Antonin Delaune, Sergui Mansour, Baptiste Picard, Philippe Carrasqueira, Isabelle Chataigner, Ludovic Jean, Pierre-Yves Renard (Renard est un terme ambigu qui désigne le plus souvent en français certains canidés...), Jean-Christophe M. Monbaliu et Julien Legros,
Green Chemistry, 19 mars 2021.
DOI:10.1039/D1GC00449B
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