L'électrolyse résout l'un des plus gros problèmes des sites contaminés
Une nouvelle méthode électrochimique transforme le DDT et le lindane en benzène et autres substances chimiques de base
Les polluants organiques persistants tels que le DDT ou le lindane continuent de polluer l'environnement et l'homme des décennies après leur utilisation. Des chercheurs de l'EPFZ ont développé un nouveau procédé électrochimique qui déshalogène complètement ces poisons persistants et les transforme en précieux produits chimiques industriels.
Le procédé utilise des appareils peu coûteux, empêche les réactions secondaires et peut être appliqué sur des décharges, des sols ou des boues contaminés. Des installations mobiles pourraient à l'avenir être utilisées sur place - une étape importante pour l'assainissement des sites contaminés et une économie circulaire durable.
Ils étaient autrefois considérés comme des produits miracles - des insecticides comme le lindane ou le DDT, produits et utilisés par millions au 20e siècle. Mais ce qui a été salué comme un progrès a conduit à une catastrophe environnementale mondiale : les polluants organiques persistants (POP) sont chimiquement si stables qu'ils restent dans les sols, les eaux et les êtres vivants pendant des décennies. Ils s'accumulent dans les tissus graisseux des animaux et entrent ainsi dans la chaîne alimentaire humaine. Nombre de ces substances ont été interdites depuis longtemps, mais on en trouve encore des traces aujourd'hui, même dans le sang humain.
L'assainissement de tels sites contaminés dans les sols, les eaux et les décharges est l'une des grandes questions ouvertes de la protection de l'environnement. Comment rendre inoffensifs des poisons très stables sans créer de nouveaux problèmes ? Des chercheurs de l'ETH Zurich, sous la direction de Bill Morandi, professeur de chimie organique synthétique, ont désormais trouvé une approche prometteuse. Grâce à une méthode électrochimique inédite, ils parviennent non seulement à dégrader les polluants persistants, mais aussi à les transformer en précieuses matières premières pour l'industrie chimique.
Les polluants deviennent des matières premières
Une différence essentielle par rapport aux travaux précédents réside dans le fait que le squelette carboné des polluants est recyclé et rendu réutilisable. Les composants halogénés sont liés sous forme de sel inorganique inoffensif. "Même d'un point de vue énergétique, les méthodes utilisées jusqu'à présent étaient inefficaces", explique Patrick Domke, doctorant dans le groupe de Morandi : "Les procédés étaient coûteux et donnaient malgré tout encore des résultats nuisibles à l'environnement".
En collaboration avec le spécialiste en électrochimie Alberto Garrido-Castro, ancien postdoctorant dans ce groupe, Domke a développé un procédé qui rend les polluants concernés complètement inoffensifs. Pour ce faire, les deux chercheurs ont pu s'appuyer sur la longue expérience du professeur Morandi de l'EPFZ, qui travaille depuis des années sur la transformation de tels composés. "La percée décisive a été réalisée grâce à l'utilisation du courant alternatif pour l'électrolyse. Elle décompose les atomes d'halogène en sels inoffensifs comme le NaCl (sel de cuisine) et produit en même temps de précieux hydrocarbures", explique Morandi.
Décomposer les poisons grâce à l'électricité
L'électrolyse permet une déshalogénation presque complète des polluants dans des conditions douces, écologiques et rentables. Elle rompt les liaisons carbone-halogène stables. Il ne reste que des sels inoffensifs comme le sel de cuisine et des hydrocarbures utiles comme le benzène, le diphényléthane ou le cyclododécatriène. Ces derniers sont à leur tour des produits intermédiaires très demandés dans l'industrie chimique, par exemple pour les matières plastiques, les vernis, les revêtements ou les applications pharmaceutiques. La technologie contribue ainsi non seulement à l'assainissement des sites contaminés, mais aussi à une économie circulaire durable. "Ce qui rend notre procédé si particulier sur le plan technique, c'est que nous avons réussi à utiliser du courant alternatif, c'est-à-dire du courant domestique tout à fait normal. Il n'existe pas vraiment de ressource moins chère dans la chimie", explique Garrido-Castro. "De plus, le courant alternatif protège les électrodes contre l'usure, ce qui nous permet de les réutiliser pour de nombreux cycles d'électrolyse ultérieurs. De plus, le courant alternatif supprime les réactions secondaires indésirables ou la formation de chlore gazeux toxique, de sorte que les polluants peuvent être entièrement transformés en sels inorganiques". Le réacteur utilisé par les chercheurs se compose d'une cellule d'électrolyse non divisée, dans laquelle le diméthylsulfoxyde (DMSO) est utilisé comme solvant, qui est lui-même un sous-produit du processus de fabrication de la pâte à papier.
Une économie circulaire pensée jusqu'au bout
Le procédé peut être appliqué non seulement aux matières pures, mais aussi aux mélanges de sols contaminés. La terre ou la boue peuvent donc être traitées sans purification préalable ou autres procédés de séparation. Un prototype du réacteur a déjà été testé avec succès sur des poisons environnementaux classiques comme le lindane et le DDT. "Notre installation est mobile et peut être assemblée sur place. Il n'est donc pas nécessaire de transporter les substances dangereuses", explique Domke.
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