Une nouvelle membrane polymère, créée par des chercheurs de Georgia Tech, pourrait transformer la manière dont les raffineries traitent le pétrole brut, réduisant considérablement l’énergie et l’eau nécessaires tout en extrayant encore plus de matériaux utiles.
Ces polymères, appelés DUCKY, pourraient bien n’être que le début pour l’équipe de chimistes, d’ingénieurs chimistes et de scientifiques des matériaux de Georgia Tech.
Les polymères DUCKY et leur potentiel
Les chercheurs ont également créé des outils d’intelligence artificielle pour prédire les performances de ces types de membranes polymères, ce qui pourrait accélérer le développement de nouvelles. Les implications sont importantes : la séparation initiale des composants du pétrole brut est responsable d’environ 1% de l’énergie utilisée à travers le monde.
Par ailleurs, la technologie de séparation par membrane que les chercheurs développent pourrait avoir plusieurs utilisations, des biocarburants et plastiques biodégradables aux produits de pâte à papier.
Les polymères DUCKY sont créés grâce à une réaction chimique facile à produire à une échelle utile pour des fins industrielles. Il s’agit d’une variante d’une famille de réactions récompensée par un prix Nobel, appelée ‘chimie click’, et c’est ce qui donne leur nom aux polymères.
La réaction est appelée cycloaddition azide-alkyne catalysée par le cuivre – abrégée en CuAAC et prononcée «quack». D’où le nom : polymères DUCKY.
L’IA au service de la prédiction des performances
Prédire de tels résultats est une façon dont les modèles d’IA de l’équipe peuvent être utilisés. Dans une étude connexe récemment publiée dans Nature Communications, les chercheurs ont décrit l’utilisation d’algorithmes d’apprentissage automatique et de simulations de transport de masse pour prédire les performances des membranes polymères dans des séparations complexes.
Les mélanges complexes comme le pétrole brut peuvent comporter des centaines ou des milliers de composants, de sorte que la description précise de chaque composé en termes mathématiques, la manière dont il interagit avec la membrane et l’extrapolation du résultat sont « non triviales », comme l’a dit le professeur Rampi Ramprasad.
« Mais, à l’instar du potentiel des membranes elles-mêmes pour remodeler le raffinage, le fait de savoir à l’avance comment une membrane polymère proposée pourrait fonctionner permettrait d’accélérer un processus de conception matérielle qui, à l’heure actuelle, est essentiellement basé sur des essais et des erreurs« , a ajouté M. Ramprasad.
Le développement des outils d’IA a également impliqué de comparer les prédictions des algorithmes aux résultats réels, notamment avec les membranes polymères DUCKY. Les expériences ont montré que les prédictions des modèles d’IA se situaient dans une fourchette de 6 à 7 % par rapport aux mesures réelles.
« C’est stupéfiant« , a déclaré le professeur M.G. Finn. « J’ai passé ma carrière à essayer de prédire ce que les molécules allaient faire. L’approche de l’apprentissage automatique et l’exécution de cette approche par Rampi sont tout simplement révolutionnaires.«
En synthèse
Les polymères DUCKY, développés par l’équipe de Georgia Tech, pourraient révolutionner le processus de raffinage du pétrole brut en réduisant considérablement l’énergie et l’eau nécessaires. De plus, l’équipe a créé des outils d’IA pour prédire les performances de ces membranes, ce qui pourrait accélérer le développement de nouvelles technologies. Ces avancées pourraient avoir des implications majeures pour l’industrie du raffinage et au-delà, ouvrant la voie à des applications allant des biocarburants aux plastiques biodégradables.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que les polymères DUCKY ?
Les polymères DUCKY sont une nouvelle sorte de membrane polymère créée par des chercheurs de Georgia Tech. Ils pourraient transformer la manière dont les raffineries traitent le pétrole brut, en réduisant considérablement l’énergie et l’eau nécessaires tout en extrayant encore plus de matériaux utiles.
2. Comment les polymères DUCKY sont-ils créés ?
Les polymères DUCKY sont créés grâce à une réaction chimique facile à produire à une échelle utile pour des fins industrielles. Il s’agit d’une variante d’une famille de réactions récompensée par un prix Nobel, appelée chimie click.
3. Quel est le rôle de l’IA dans cette recherche ?
Les chercheurs ont créé des outils d’intelligence artificielle pour prédire les performances de ces types de membranes polymères, ce qui pourrait accélérer le développement de nouvelles.
4. Quelles sont les implications de cette recherche ?
La séparation initiale des composants du pétrole brut est responsable d’environ 1% de l’énergie utilisée à travers le monde. La technologie de séparation par membrane que les chercheurs développent pourrait avoir plusieurs utilisations, des biocarburants et plastiques biodégradables aux produits de pâte à papier.
5. Quels sont les avantages des polymères DUCKY ?
Les polymères DUCKY pourraient permettre d’extraire plus de matériaux utiles du pétrole brut tout en utilisant moins d’énergie et d’eau. De plus, ils pourraient accélérer le processus de raffinage et ouvrir la voie à de nouvelles applications.
Source : Georgia Tech, Nature Materials, Nature Communications
Légende illustration principale : Échantillon d’une membrane polymère DUCKY que les chercheurs ont créée pour effectuer la séparation initiale des pétroles bruts en utilisant beaucoup moins d’énergie. (Photo : Candler Hobbs)
Article : « Solution-processable polytriazoles from spirocyclic monomers for membrane-based hydrocarbon separations. » – DOI:10.1038/s41563-023-01682-2
