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  • Les nano-éponges et l'eau propre : les grands espoirs de l'Afrique du Sud

Les nanoponges peuvent-elles rsoudre les problmes de pollution d'eau du continent africain ? Une enqute de Munyaradzi Makoni.

Certains les comparent des nids d'abeille ; d'autres des tasses de th sans fond, d'un diamtre mesurant un milliardime de mtre. Mais lorsqu'il a fallu leur trouver un nom, c'est l'pithte de nanoponges qui s'est naturellement impos.

L'ide consiste les placer en collier autour d'une source, qu'il s'agisse d'un robinet d'vier ou d'un tuyau qui conduit l'eau de refroidissement vers une centrale nergtique, pour qu'elles absorbent le fluide, en retenant les impurets dans leurs milliers de petites cavits et ne laissant passer l'eau que dans sa forme la plus pure.

L'Afrique du Sud espre certainement que les nanoponges pourront rsoudre les problmes de purification d'eau l o les traitements conventionnels se rvlent insuffisants - de la fourniture d'eau potable tous la dcontamination du rfrigrant qui, sans intervention de ce type, entranerait la corrosion des turbines des centrales.

Les nanoponges semontreront-elles la hauteur des nombreuses promesses places en elles, la fois sur les plans technique et conomique?La rponse est incertaine: leur dveloppement cote cher et elles prsentent toujours quelques dfauts.

Les nanoponges ont t labores il y a dj dix ans, au Laboratoire national de Los Alamos aux Etats-Unis, par DeQuan Li et Min Ma. Moins de deux ans plus tard, Bheki Mamba et Rui Krause, de l'Universit de Johannesburg en Afrique du Sud, ont concentr leurs recherches sur ces ponges, y percevant un potentiel certain pour le continent africain.

Krause, chimiste organique au dpartement des technologies chimiques, connat les difficults de l'extraction des polluants chimiques de l'eau. Beaucoup d'entre eux sont en effet si petits que leur dtection mme pose problme.

Pour Nndanganeni Musekene, responsable principal de la protection des ressources au Ministre de l'eau et des forts Johannesburg, la pollution de l'eau en Afrique du Sud est principalement due l'exploitation minire dont les drainages acides contaminent la nappe d'eau souterraine.

A ce problme viennent s'ajouter la pollution des eaux uses et celle due aux engrais phosphats dans les eaux agricoles.

Leonardo Manus, responsable de la rgulation de la qualit de l'eau potable auprs du ministre, relve qu'environ 88 pour cent des 48 millions de Sud africains ont accs l'eau potable. Les autres, soit plus d'un habitant sur dix, sont surtout des pauvres ruraux marginaliss. Le problme de l'accs l'eau potable risque en outre de s'accentuer avec le dveloppement du secteur industriel et la croissance de la population. La contamination de l'eau et des aliments a t l'origine d'une pidmie de cholra qui a clat au Zimbabwe avant de s'tendre l'Afrique du Sud en octobre dernier.

Une efficacit suprieure celle des filtres

Dans leur laboratoire, Mamba et Krause supervisent quelques 30 tudiants post-universitaires venus de l'Inde, du Swaziland et du Zimbabwe. Leurs travaux sont le fruit d'un partenariat avec deux centres d'innovation en nanotechnologies lanc en 2008 - , l'un abrit au Mintek, l'organisme national de recherche minire Johannesburg, et l'autre au Conseil pour la Recherche scientifique et industrielle de Pretoria.

Les recherches font partie d'un programme plus vaste sur les nanotechnologies qui comprend un partenariat avec l'Universit Rhodes de Grahamstown sur les nanosenseurs et avec l'Universit de Western Cape sur le biomarquage, explique Robert Tshikhudo, responsable des nanotechnologies au Mintek.

La fabrication des nanoponges ncessite de l'amidon, qui une fois ajout une enzyme naturelle particulire, se dcompose en anneaux de molcules de glucose appels cyclodextrines. Chaque anneau ou cavit compte entre six et dix molcules de glucose, dont chacune mesure peine 1 ou 2 nanomtres (0.000000001 mtre) de diamtre.

Ensuite, il suffit de lier chaque cyclodextrine une molcule qui s'allie la prochaine cyclodextrine, et ainsi de suite, pour former un polymre ou une longue chane.

Ces polymres sont composs de nanocavits capables de piger les polluants. Ils agissent comme des adsorbants, des ponges pour les polluants, c'est pourquoi le terme nanoponge a t adopt, explique Krause.

La magie des nanoponges tient leur capacit ragir la charge d'une molcule, au lieu d'agir simplement comme des filtres ordinaires dont l'action est base sur la taille de leurs pores.

L'intrieur de chaque cavit repousse l'eau tandis que l'extrieur des cavits l'attire. Ainsi, l'eau passe facilement travers l'ponge, tandis que les pesticides et de nombreux autres contaminants sont pigs dans les cavits. Les nanoponges sont des filtres intelligents, avance Krause.

D'autres substances susceptibles de cibler des polluants prcis ou de les modifier en des formes moins toxiques peuvent ensuite tre ajoutes ces ponges.

Ainsi, une ponge laquelle on a ajout des nanoparticules de fer pigerait un polluant chlor comme le chloroforme, mais le transformerait aussi en quelque chose de moins nocif, comme le mthane. On a dj recours au fer, selon le mme procd, pour le nettoyage des dversements industriels.Mais cette raction au cur des nanoponges est beaucoup plus rapide, parce que les nanoparticules de fer ont une plus grande surface.

'Nous ne cherchons pas dvelopper une solution unique, mais plutt un ensemble de 'modules' polymres, susceptibles d'tre dployes selon des critres prcis pour rpondre aux besoins particuliers de l'industrie', explique Krause.

La nanoponge a un dernier secret dvoiler: une fois sature d'impurets, elle peut tre nettoye avec un solvant non dangereux comme l'thanol, et tre rutilise.

Le parfait purificateur ?

Certains des premiers travaux de recherche publis par les scientifiques de Los Alamos indiquaient que les nanoponges pourraient rduire les contaminants organiques nocifs prsents dans l'eau quelques parts par trillion.

Une tude publie par Mamba, Krause et leurs collgues l'an dernier (octobre 2008) montre que ce rve n'est pas encore ralit. Ces chercheurs ont prouv que les nanoponges peuvent extraire 84 pour cent des matires organiques dissoutes dans l'eau utilise comme agent de refroidissement d'une centrale. Un taux de russite peu prs gal aux autres technologies existantes, comme les rsines et le charbon actif.

Krause reste pourtant optimiste: 'il s'agit d'un nouveau matriau, alors de tels rsultats prliminaires dans un contexte industriel sont trs prometteurs,' dclare-t-il.

Les chercheurs sont confiants que les nanoponges finiront par produire des rsultats meilleurs que ceux des technologies conventionnelles. Le charbon actif est l'adsorbant de purification d'eau le plus couramment utilis l'heure actuelle. Il est produit en chauffant de la matire organique, comme des os ou du bois, jusqu' ce qu'il ne reste plus que du carbone comportant de petits trous qui pige les polluants.

C'est une approche peu onreuse que l'on retrouve partout, des filtres eau pour l'eau de table aux centrales nergtiques.

Les technologies actuelles sont bases principalement sur l'adsorption, dit Krause. Par consquent, pour que les nanoponges aient un impact significatif, je pense nous devons amliorer la roue et non la rinventer. Si nous pouvons fabriquer un superadsorbant, alors nous ne devons pas radicalement changer toutes les technologies d'appui.

Cela implique que point n'est besoin d'inventer des solutions radicalement diffrentes [les unes des autres] pour les centrales, l'eau potable en milieu rural et le traitement de l'eau en zones urbaines.

Nous ne disons pas que les polymres sont parfaits, prcise Mamba. Mais ils sont meilleurs que le charbon actif et d'autres adsorbants. Les nanoponges peuvent tre utilises l o les mthodes conventionnelles de traitement ont chou, ou tre mises contribution pour amliorer l'efficacit de ces mthodes.

Les cots et les risques

L'obstacle majeur au programme de dveloppement des nanoponges tient leur cot. Le seul cot rel li au charbon actif dcoule du chauffage des dchets pour sa production. Les nanoponges, au contraire, sont fabriqus base de deux monomres, qui doivent tous deux tre produits artificiellement (un processus qui comporte plusieurs tapes) et imports.

Mais les donnes vont changer.

Nous avons choisi l'urthane comme monomre de liaison, puisqu'il existe une grande industrie du polyurthane en Afrique du Sud, ce qui en rduit considrablement le cot, dit Krause. Les cyclodextrines pourraient aussi tre fabriqus de faon comptitive en Afrique du Sud.

Une autre difficult est lie la super efficacit des nanoponges. En liminant les polluants organiques indsirables de l'eau, elles pourraient aussi liminer les sels minraux qui sont vitaux pour la sant humaine, reconnat Krause. Dans une communaut rurale, il peut tre important d'liminer les polluants biologiques comme les [bactries] E.coli, tout en laissant certains oligo-lments bnfiques, si possible.

Est-ce qu'il s'agit ou non d'un vrai problme c'est discutable, puisque nous ne tirons pas tant de sels minraux de l'eau que nous consommons.Les polymres peuvent aussi tre modifis pour supprimer des lments d'une certaine polarit et d'une certaine taille, affirme-t-il.

Il existe enfin les craintes suscites par les potentielles consquences des nanomatriaux sur la sant et l'environnement.

Nous ne connaissons pas les proprits des nanoponges, alors nous sommes prudents, dit Jo Burgess, prsident de la Commission sud-africaine de la Recherche sur l'Eau, qui finance les travaux sur les nanotechnologies pour la production d'eau potable, de traitement des eaux uses et des eaux de mine.

Les nanoponges seront peut-tre des matriaux miracles qui ne prsentent que des avantages - mais cela pourrait tre comme l'amiante, un matriau en apparence miracle qui s'est avr tre la source de graves problmes de sant. Plus probablement, on sera mi chemin entre les deux.

Il faut approfondir la recherche pour connatre l'efficacit des nanoponges, leur avenir et leurs effets sur l'environnement et la sant publique afin d'y recourir massivement en toute scurit .

La mise en uvre de projets pilote apparat donc comme le prochain objectif des chercheurs. Nous essayons de mettre sur pied une quipe compose d'ingnieurs et d'autres scientifiques afin d'oeuvrer pour l'excution de notre projet pilote dans deux ou trois ans, annonce Mamba.

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