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UNE ARME RADICALE CONTRE LES POLLUANTS

Michel Le Toullec

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En présence de peroxyde d'hydrogène ou d'oxygène, le Fe-TAML, développé à l'université Carnegie Mellon, permet de dégrader de nombreux composés nocifs et d'extraire le soufre résiduel des carburants automobiles.

C'est l'un des thèmes qui a été le plus débattu lors du congrès annuel de la Société américaine de chimie, organisé à New-York du 7 au 11 septembre dernier. Une étonnante famille de catalyseurs a été mise au point par une équipe de chercheurs de l'université Carnegie Mellon (Pittsburgh, Pennsylvanie) menée par Terry Collins.

L'intérêt de ces catalyseurs d'oxydation, dénommés Fe-TAML (pour Fer-tétra-amido-macrocyclique ligand), est double. Non seulement, ils ouvrent la voie à la dégradation par oxydation au peroxyde d'hydrogène (H2O2) d'un très grand nombre de substances indésirables voire toxiques : effluents des industries textiles ou du papier, pesticides, anthrax... Mais en plus, ils permettent de catalyser des réactions d'oxydation en utilisant tout simplement l'oxygène (O2), ce qui n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

Un catalyseur est une molécule que l'on ajoute à une réaction chimique pour en favoriser et accélérer le processus. Les catalyseurs développés par l'équipe de Terry Collins sont constitués d'un atome de fer entouré de groupements comprenant du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote. Leur mode d'action ? En présence d'oxygène (sous forme de peroxyde d'hydrogène ou d'oxygène lui-même), le Fe-TAML forme un intermédiaire réactif qui va dégrader par oxydation les composés organiques, inorganiques ou biologiques parmi les plus résistants. Selon Terry Collins, ce type de catalyseur est à la fois non polluant, non toxique, simple et peu coûteux à produire en grande quantité ! Autre atout de taille pour une exploitation industrielle : ces catalyseurs sont efficaces dans des conditions ambiantes (température, pression, pH neutre).

Lors du congrès annuel de la Société américaine de chimie, plusieurs présentations ont d'abord fait le point sur le potentiel de ces catalyseurs en présence de peroxyde d'hydrogène.

La première réaction entre l'oxygène et le fer trivalent

L'application potentielle la plus avancée concerne le traitement des effluents des industries du bois et du papier. En effet, les agents chlorés de blanchiment entraînent la formation d'effluents organochlorés à la fois toxiques et fortement colorés. Le Fe-TAML présente alors l'intérêt de décolorer les effluents et de réduire la teneur en sous-produits organochlorés de 30 % environ. Son efficacité en terme de décoloration pourrait d'ailleurs, selon les chercheurs américains, être exploitée au niveau du blanchiment du papier lui-même. Dans le même esprit, les chercheurs de Carnegie Mellon ont montré l'intérêt des catalyseurs Fe-TAML pour la décoloration des effluents textiles. Un domaine où les effluents se mesurent en milliards de mètres cubes par an dans le monde !

La dégradation de résidus de pesticides est l'un des autres potentiels de ces catalyseurs. Selon les résultats présentés à New York, les Fe-TAML sont capables d'entraîner la destruction totale de certains composés organophosphorés. Or, il n'existe pas actuellement de solution fiable et disponible pour détruire les organophosphorés dans les sols contaminés.

Dans la revue Science, les chercheurs de Carnegie Mellon ont aussi indiqué que de très petites quantités de Fe-TAML dégradaient aussi les chlorophénols, composés également présents dans les pesticides. Notons au passage que les chlorophénols sont des molécules très persistantes qui ont tendance à se transformer par oxydation naturelle en dioxines, encore plus difficiles à dégrader et cancérigènes.

L'efficacité des catalyseurs Fe-TAML ne s'arrête pas là : les chercheurs américains les ont aussi testés dans le cas d'une contamination à l'anthrax. Plus exactement, ils ont traité le Bacillus atrophaeus, un agent qui simule l'anthrax dans ce genre d'expérimentations à haut risque. Résultat : plus de 99,999 % des spores sont ainsi détruits.

Dans un tout autre domaine, les communications effectuées au congrès annuel de la Société américaine de chimie ont aussi fait état de l'intérêt des catalyseurs Fe-TAML pour éliminer les résidus de soufre des carburants automobiles. Selon les résultats présentés à New York, plus de 85 % des composés soufrés peuvent ainsi être enlevés. Cette nouvelle technologie pourrait dès lors s'avérer utile dans le cadre des réglementations à venir dans ce domaine. Alors que les carburants actuels contiennent encore quelques centaines de ppm de soufre, il est question de ramener ce taux à 50 ppm en Europe d'ici à 2005 et à 30 ppm d'ici à 2010 aux États-Unis. Une technologie basée sur le Fe-TAML est donc envisageable pour y parvenir. Avec un atout substantiel : le procédé de désulfuration oxydative ainsi catalysé ne nécessite qu'une température modérée (60 °C), une pression ambiante et un pH neutre.

Enfin, Terry Collins a montré que ces catalyseurs agissaient non seulement avec du peroxyde d'hydrogène, mais aussi en présence d'oxygène. Une découverte fondamentale pour l'industrie chimique : jamais auparavant on n'avait induit une réaction entre l'oxygène et un composé de synthèse du fer trivalent (ce qui est le cas du Fe-TAML). L'intérêt serait d'utiliser l'oxygène, plus abondant, moins coûteux et plus simple à manipuler que le peroxyde d'hydrogène.

Encore au stade de la recherche, ces travaux sur l'oxydation catalysée par Fe-TAML en présence d'oxygène engrangent déjà des résultats intéressants. Ainsi, le procédé a-t-il été appliqué à l'oxydation d'alcools benzyliques (très utilisés dans les procédés industriels) en leurs aldéhydes correspondants, eux-mêmes très réactifs.

l'impact

Le potentiel du Fe-TAML est immense - Traitement et décoloration des effluents des industries du bois et des rejets de blanchiment du papier - Décoloration des effluents de teinture produits par les industries textiles - Dégradation des composés organochlorés et des organophosphorés des résidus de pesticides - Élimination du soufre résiduel présent dans les carburants automobiles par désulfuration oxydative - Traitement de contamination à l'anthrax et autres armes biologiques ou chimiques

POUR EN SAVOIR PLUS

Retrouvez un point complet sur le Fe-TAML et une bibliographie sur ce sujet sur notre site www.industrie-technologies.com/plus

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