Dans la lutte contre la pollution environnementale, notamment la contamination persistante de l'eau par des produits chimiques dangereux, un équipe de chercheurs Au Japon, une approche révolutionnaire a été mise au point. En exploitant la lignine et le glucose, deux substances riches en carbone, des matériaux innovants ont été créés pour éliminer de l'eau les « polluants éternels » nocifs — les substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (PFAS).
Les PFAS constituent un vaste groupe de substances chimiques synthétiques présentes dans d'innombrables produits du quotidien, des ustensiles de cuisine antiadhésifs aux textiles imperméables, en passant par les mousses anti-incendie et les semi-conducteurs. Leur capacité unique à résister à la chaleur, à l'eau et à l'huile, grâce à leurs liaisons chimiques fortes, les rend extrêmement utiles. Cependant, cette même durabilité est aussi leur principal défaut. Les PFAS ne se dégradent pas facilement dans l'environnement, ce qui leur vaut le surnom de « polluants éternels ». Par conséquent, ces substances s'accumulent dans les sols, l'eau et même dans le corps humain, présentant des risques importants pour la santé et l'environnement.
En raison de leur persistance, les PFAS sont interdits dans de nombreux pays en vertu d'accords environnementaux internationaux. Malgré cela, la contamination demeure généralisée, des études récentes ayant révélé la présence de PFAS dans les sols, les rivières et les eaux souterraines. Ceci souligne l'urgence de développer des méthodes efficaces pour éliminer ces substances chimiques de l'eau. Malheureusement, il n'existe actuellement aucune technologie durable et performante pour résoudre ce problème.
Face à ce défi, une équipe de recherche de l'Institut des sciences de Tokyo, dirigée par le professeur associé Toshihiro Isobe du département de science des matériaux et le professeur Manabu Fujii du département de génie civil et environnemental, a mis au point une solution prometteuse. Leur approche novatrice utilise des matériaux à base de carbone pour éliminer efficacement les PFAS de l'eau. Les travaux de l'équipe comprennent deux développements clés : un nouvel adsorbant qui piège les PFAS à sa surface et un système de distillation membranaire (DM) qui purifie l'eau contaminée.
En utilisant la lignine, un sous-produit de l'industrie des pâtes et papiers, et le glucose, un sucre simple, comme sources de carbone, les chercheurs ont créé des matériaux durables capables d'éliminer efficacement les PFAS de l'eau. La méthode MD qu'ils ont mise au point combine distillation et séparation membranaire, offrant ainsi une nouvelle stratégie performante pour purifier l'eau contaminée par ces substances chimiques nocives.
« Ces recherches sont passionnantes car elles exploitent des sources de carbone abondantes et durables comme la lignine et le glucose pour s'attaquer à un problème environnemental crucial », explique le professeur Isobe. « En intégrant la méthode de distillation membranaire, nous développons une approche novatrice de la purification de l'eau qui pourrait s'avérer essentielle pour l'avenir des technologies d'élimination des PFAS. »
Les travaux de recherche novateurs de l'équipe ont été récemment présentés lors du 23e Symposium international sur le traitement et la conception des éco-matériaux en janvier 2025, soulignant le potentiel de ces nouveaux matériaux pour contribuer à l'effort mondial en faveur d'une eau plus propre et d'un environnement plus sain.
Cette approche novatrice pourrait non seulement contribuer à éliminer les produits chimiques dangereux de l'eau, mais aussi ouvrir la voie à des technologies de purification plus durables à l'avenir, soutenant ainsi l'objectif de développement durable n° 6 des Nations Unies : l'accès à l'eau potable et à l'assainissement pour tous.
Méthodes innovantes de purification de l'eau contaminée par les PFAS à l'aide de matériaux à base de carbone
L'approche novatrice de l'équipe de recherche pour l'élimination des PFAS repose sur une différence fondamentale entre l'eau et les PFAS : leurs points d'ébullition respectifs. Grâce à une méthode de distillation membranaire (DM), l'équipe a pu purifier de l'eau contaminée par des PFAS. Ce procédé tire parti du fait que l'eau a un point d'ébullition inférieur à celui des PFAS, permettant ainsi à ces derniers de rester piégés tandis que seule la vapeur d'eau traverse la membrane.
Les scientifiques ont utilisé une membrane de séparation hydrophobe et poreuse à base de carbone dans le système MD, bloquant efficacement les PFAS tout en laissant s'échapper la vapeur d'eau. Cette filtration sélective garantit la rétention des substances chimiques nocives, telles que l'acide perfluorooctanesulfonique (PFOS), dans le système. Les résultats de leurs expériences ont montré une réduction significative des concentrations de PFOS : la concentration de PFOS dans l'eau simulée, initialement d'environ 500 ng/L, est tombée à seulement 3 ng/L, bien en deçà des normes environnementales internationales.
Parallèlement à la méthode MD, l'équipe a également exploré une autre approche pour lutter contre la contamination par les PFAS : l'utilisation d'adsorbants dérivés de la lignine. Au cours d'une série d'expériences, elle a constaté que de petites quantités de charbon actif, traitées avec du chlorure de zinc dans un rapport de 1:3, pouvaient éliminer efficacement jusqu'à 99 % des PFAS en seulement 10 minutes. Cette découverte suggère que ces adsorbants pourraient constituer des outils très efficaces pour l'élimination des PFAS, offrant une solution durable et rapide.
Globalement, les travaux de l'équipe démontrent le potentiel des matériaux à base de carbone pour relever le défi environnemental de la contamination par les PFAS. Leurs recherches constituent une base prometteuse pour le développement de futures technologies de purification capables de contribuer à la résolution de problèmes environnementaux persistants.
Le professeur Isobe envisage l'avenir avec des projets d'amélioration de la méthode de purification par distillation membranaire. « Actuellement, nous utilisons des réchauffeurs et des pompes à vide pour optimiser le flux de vapeur d'eau lors du processus d'élimination des PFAS », explique-t-il. « Cependant, nous souhaitons passer au chauffage solaire afin de créer un système sans électricité, plus durable et plus efficace. »
Cette avancée prometteuse marque un pas en avant dans la création de solutions durables pour la purification de l'eau, offrant l'espoir d'une eau plus propre et plus sûre dans la lutte contre la pollution chimique nocive.
