Élimination autonome et durable des déversements d'hydrocarbures dans l'eau à l'aide de textiles bio-inspirés
Des chercheurs de l'ITA, de l'université de Bonn et de Heimbach GmbH ont mis au point une nouvelle méthode pour éliminer les déversements d'hydrocarbures à la surface de l'eau en économisant de l'énergie et de l'argent et sans utiliser de substances toxiques. Cette méthode est rendue possible grâce à un textile technique intégré à un conteneur flottant. Un seul petit dispositif peut éliminer jusqu'à 4 litres de diesel en une heure. Cela correspond à environ 100 m2 de film d'huile sur une surface d'eau.
Figure 1 : Adsorption d'une goutte d'huile usagée en quelques secondes par une feuille de la fougère flottante Salvinia molesta
© W. Barthlott, M. Mail/Universität Bonn
Figure 2 Coupe transversale du modèle assisté par ordinateur (CAO) de l'adsorbeur de pétrole bionique
© ITA
Malgré l'expansion constante des énergies renouvelables, la production mondiale de pétrole, la consommation de pétrole et le risque de pollution pétrolière n'ont cessé d'augmenter au cours des deux dernières décennies. En 2022, la production mondiale de pétrole s'élevait à 4,4 milliards de tonnes ! Des accidents se produisent souvent lors de l'extraction, du transport et de l'utilisation du pétrole, entraînant une pollution grave et parfois irréversible de l'environnement et des dommages à l'homme.
Il existe plusieurs méthodes pour éliminer cette pollution pétrolière des surfaces d'eau. Cependant, toutes les méthodes présentent diverses lacunes qui les rendent difficiles à utiliser et, en particulier, limitent l'élimination des hydrocarbures dans les eaux intérieures.
Pour de nombreuses applications techniques, des solutions inattendues viennent du domaine de la biologie. Des millions d'années d'évolution ont permis d'optimiser les surfaces des organismes vivants pour leur interaction avec l'environnement. Ces solutions sont souvent peu familières aux spécialistes des matériaux et difficiles à accepter. L'examen de routine de longue durée d'environ 20 000 espèces différentes a montré qu'il existe une variété presque infinie de structures et de fonctionnalités. Certaines espèces se distinguent en particulier par leurs excellentes propriétés d'adsorption des hydrocarbures. Il a été démontré que les feuilles de la fougère flottante Salvinia molesta, par exemple, adsorbent l'huile, la séparent de la surface de l'eau et la transportent sur leur surface (Figure 1 Adsorption d'une goutte d'huile usagée en quelques secondes par une feuille de la fougère flottante Salvinia molesta).
Ces observations les ont incités à transposer cet effet aux textiles techniques destinés à séparer l'huile de l'eau. Le résultat est un tissu d'espacement superhydrophobe qui peut être produit industriellement et qui est donc facilement extensible.
Le textile bio-inspiré peut être intégré dans un dispositif de séparation de l'huile et de l'eau. L'ensemble de ce dispositif est appelé Bionic Oil Adsorber (BOA, Figure 2 Coupe transversale du modèle assisté par ordinateur (CAO) du Bionic Oil Adsorber. Le schéma montre un film d'huile (rouge) sur une surface d'eau (bleu clair). Dans le conteneur flottant (gris), le textile (orange) est fixé de manière à être en contact avec le film d'huile et l'extrémité dépasse dans le conteneur. L'huile est adsorbée et transportée par le textile BOA. Comme le montre la coupe transversale, elle pénètre dans le conteneur, où elle est à nouveau libérée et s'accumule au fond du conteneur.)
À partir de la contamination sous la forme d'un film d'huile à la surface de l'eau, le processus de séparation et de collecte se déroule selon les étapes suivantes :
- La BOA est introduite dans le film d'huile.
- L'huile est adsorbée par le textile et séparée de l'eau en même temps.
- L'huile est transportée à travers le textile jusqu'au récipient de collecte.
- L'huile s'égoutte du textile dans le récipient de collecte.
- L'huile est collectée jusqu'à ce que le conteneur soit vidé.
L'avantage de ce nouveau dispositif de séparation de l'huile est qu'aucune énergie supplémentaire ne doit être appliquée pour faire fonctionner la BOA. L'huile est séparée de l'eau environnante par les propriétés de surface du textile et transportée à travers le textile sous l'effet des seules forces capillaires, même contre la gravité. Lorsqu'elle atteint l'extrémité du textile dans le récipient de collecte, l'huile se désorbe sans autre influence extérieure due aux forces gravitationnelles. À l'échelle actuelle, un dispositif du Bionic Oil Adsorber permet de séparer environ 4 litres de diesel de l'eau par heure.
Il semble peu probable qu'un textile d'espacement tricoté fonctionnalisé soit moins cher qu'un non-tissé conventionnel, tel qu'il est couramment utilisé pour les adsorbants d'huile. Toutefois, comme il s'agit d'un matériau fonctionnel, les coûts doivent être liés à la quantité d'huile éliminée. À cet égard, si l'on compare le prix de vente du textile BOA aux prix de vente de divers non-tissés liant les hydrocarbures, le premier est de 5 à 13 fois moins cher avec 10 ct/L d'hydrocarbures enlevés.
Dans l'ensemble, le dispositif BOA offre une méthode rentable et durable de séparation de l'huile et de l'eau par rapport aux méthodes de nettoyage conventionnelles, grâce aux avantages suivants :
- Aucune énergie supplémentaire n'est nécessaire, comme c'est le cas avec les écrémeurs d'huile.
- Aucune substance toxique n'est introduite dans la masse d'eau, comme c'est le cas avec les dispersants d'hydrocarbures.
- Les textiles et l'équipement peuvent être réutilisés plusieurs fois.
- Aucun déchet ne reste dans la masse d'eau
- Peu coûteux par rapport à la quantité d'hydrocarbures enlevée.
L'équipe de chercheurs de l'ITA, de l'université de Bonn et de Heimbach GmbH a pu prouver que la nouvelle technologie biomimétique BOA est étonnamment efficace et durable pour une séparation auto-contrôlée et une collecte automatique des films d'hydrocarbures, y compris leur élimination complète de l'eau. La BOA peut être adaptée à des applications en eaux libres, mais aussi à des utilisations dans les eaux intérieures. En outre, il est prometteur que le textile puisse être utilisé dans divers processus de séparation connexes. Le produit fait actuellement l'objet d'un développement plus poussé afin qu'il puisse être lancé sur le marché d'ici 2 à 3 ans.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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