Une équipe du Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy – CNRS/UGA) a étudié le transport du CO2 au sein d’une mousse liquide en contact avec l’atmosphère et a montré comment sa diffusion effective dans le milieu émerge du couplage entre la structure de la mousse et le transport du gaz à travers les films de savon. Cette étude ouvre la voie au développement de systèmes low-cost de filtration de CO2 basés sur la capacité de ce principal contributeur à l’effet de serre à se dissoudre plus facilement dans l’eau que la plupart des autres gaz.
Les mousses aqueuses, tout en étant composées uniquement de gaz et de liquide, présentent une stabilité structurelle les rapprochant des solides. Étant perméables aux gaz tout en présentant de grandes surfaces d’échange, les mousses pourraient donc être utilisées comme éléments centraux de systèmes peu coûteux de filtration ou de captation de gaz. Leur structure étant toutefois amenée à évoluer au fur et à mesure que les échanges gazeux se font et que les alvéoles se dégonflent ou se remplissent, la compréhension de la cinétique des transferts de gaz lorsque les processus diffusifs se combinent aux réarrangements des alvéoles dans la mousse est donc une étape fondamentale vers la conception et l’optimisation de tels systèmes de captation.
Pour mieux observer l’évolution de la structure de la mousse au fur et à mesure que les échanges gazeux se font, une équipe du LIPhy à Grenoble a conçu une expérience bi-dimensionnelle où l’évolution de la structure peut être suivie en temps réel. Les scientifiques ont choisi d’étudier plus spécifiquement la cinétique de transfert d’un mélange CO2 / air, une configuration que l’on peut retrouver par exemple à la sortie d’un échappement d’usine, là où l’on voudrait être capable de séparer le CO2 des autres composants pour le stocker.
L’observation directe de la taille des alvéoles a permis de développer et valider un modèle prédictif sur les flux gazeux et sur la taille et la structure globale de la mousse, sous l’effet des flux diffusifs au travers des films liquides. Le moteur de la diffusion est la capacité différente qu’ont les gaz concernés à se dissoudre dans l’eau, c’est-à-dire à traverser les interfaces gaz/liquide ; celle du CO2 est par exemple environ 10 fois plus élevée que celle de l’air. Alors même que les gaz usuels diffusent semblablement dans un milieu homogène, que ce soit en phase liquide ou en phase gazeuse, l’équipe a montré que cette différence de solubilité est la clef des échanges gazeux dans une mousse, qui peut être contrôlé de façon fine en jouant sur les gaz choisis et sur les conditions initiales de mélange.
Forte de cette expertise, l’équipe développe actuellement un premier dispositif de séparation air/ CO2, en utilisant un autre point fort des mousses vis-à-vis des échangeurs basés sur des matériaux solides : la possibilité de mettre en écoulement l’ensemble de la structure offre en effet un fort potentiel de régénération du substrat absorbant, permettant une filtration continue d’un gaz chargé en CO2.
Article : « Tunable effective diffusion of CO2 in aqueous foam » – Cécile Aprili, Gwennou Coupier, Élise Lorenceau, et Benjamin Dollet – PNAS, 26 août 2025 – 10.1073/pnas.2504617122
Source : U. Grenoble Alpes
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