Une tech en bois élimine 80 % des polluants colorants dans les eaux usées

Des chercheurs de l’université technologique de Chalmers, en Suède, ont mis au point une nouvelle méthode permettant de purifier facilement l’eau contaminée à l’aide d’un matériau à base de cellulose. Cette découverte pourrait avoir des implications pour les pays dont les technologies de traitement de l’eau sont insuffisantes et permettre de lutter contre le problème très répandu des rejets de colorants toxiques par l’industrie textile.

L’eau propre est une condition indispensable à notre santé et à notre cadre de vie, mais elle est loin d’être une évidence pour tout le monde. Selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS), plus de deux milliards de personnes vivent actuellement avec un accès limité ou inexistant à l’eau potable.

Ce défi mondial est au centre des préoccupations d’un groupe de recherche de l’université de technologie de Chalmers, qui a mis au point une méthode permettant d’éliminer facilement les polluants de l’eau. Le groupe, dirigé par Gunnar Westman, professeur associé de chimie organique, se concentre sur les nouvelles utilisations de la cellulose et des produits à base de bois et fait partie du Wallenberg Wood Science Center.

Les chercheurs ont acquis de solides connaissances sur les nanocristaux de cellulose* – et c’est là que réside la clé de la purification de l’eau. Ces minuscules nanoparticules ont une capacité d’adsorption exceptionnelle, que les chercheurs ont maintenant trouvé le moyen d’utiliser.

« Nous avons adopté une approche holistique unique pour ces nanocristaux de cellulose, en examinant leurs propriétés et leurs applications potentielles. Nous avons créé un matériau d’origine biologique, une forme de poudre de cellulose dotée d’excellentes propriétés de purification que nous pouvons adapter et modifier en fonction des types de polluants à éliminer« , explique Gunnar Westman.

Absorbe et décompose les toxines

Dans une étude récemment publiée dans la revue scientifique Industrial & Engineering Chemistry Research, les chercheurs montrent comment les colorants toxiques peuvent être filtrés des eaux usées grâce à la méthode et au matériau mis au point par le groupe. La recherche a été menée en collaboration avec le Malaviya National Institute of Technology Jaipur en Inde, où les colorants polluants dans les eaux usées de l’industrie textile sont un problème très répandu.

Le traitement ne nécessite ni pression ni chaleur et utilise la lumière du soleil pour catalyser le processus. Gunnar Westman compare cette méthode au fait de verser du jus de framboise dans un verre contenant des grains de riz, qui absorbent le jus pour rendre l’eau à nouveau transparente.

« Imaginez un système de purification simple, comme une boîte portable reliée à la canalisation des eaux usées. Lorsque l’eau contaminée traverse le filtre en poudre de cellulose, les polluants sont absorbés et la lumière du soleil qui pénètre dans le système de traitement les décompose rapidement et efficacement. Il s’agit d’un système rentable et simple à mettre en place et à utiliser, et nous pensons qu’il pourrait être très utile dans les pays où le traitement de l’eau est actuellement médiocre ou inexistant« , ajoute-t-il.

La méthode sera testée en Inde

L’Inde est l’un des pays en développement d’Asie où la production textile est importante et où de grandes quantités de colorants sont rejetées chaque année dans les lacs, les rivières et les ruisseaux. Les conséquences pour l’homme et l’environnement sont graves. Les contaminants de l’eau contiennent des colorants et des métaux lourds et peuvent provoquer des lésions cutanées en cas de contact direct et augmenter le risque de cancer et de lésions organiques lorsqu’ils pénètrent dans la chaîne alimentaire. En outre, la nature est affectée de plusieurs manières, notamment par la perturbation de la photosynthèse et de la croissance des plantes.

La réalisation d’études sur le terrain en Inde est une prochaine étape importante, et les chercheurs de Chalmers soutiennent à présent leurs collègues indiens dans leurs efforts pour amener certaines petites industries du pays à tester la méthode dans la réalité. Jusqu’à présent, les essais en laboratoire sur des eaux industrielles ont montré que la nouvelle méthode permettait d’éliminer plus de 80 % des polluants contenus dans les colorants, et Gunnar Westman estime qu’il est possible d’accroître encore le degré de purification.

« Passer du rejet d’une eau totalement non traitée à l’élimination de 80 % des polluants est une amélioration considérable, qui signifie une réduction significative de la destruction de la nature et des dommages causés à l’homme. En outre, en optimisant le pH et la durée du traitement, nous voyons une possibilité d’améliorer encore le processus afin de pouvoir produire à la fois de l’eau d’irrigation et de l’eau potable. Ce serait fantastique si nous pouvions aider ces industries à se doter d’un système de traitement de l’eau qui fonctionne, de sorte que les habitants des environs puissent utiliser l’eau sans risque pour leur santé« , ajoute-t-il.

La technologie peut être utilisée contre d’autres types de polluants

Gunnar Westman estime également que les nanocristaux de cellulose pourraient être utilisés pour traiter d’autres polluants de l’eau que les colorants. Dans une étude précédente, le groupe de recherche a montré que les polluants du chrome hexavalent toxique, qui est courant dans les eaux usées des industries minières, du cuir et des métaux, pouvaient être éliminés avec succès à l’aide d’un type similaire de matériau à base de cellulose. Le groupe étudie également comment le domaine de recherche peut contribuer à la purification des résidus d’antibiotiques.

*Nanocristaux : Les nanocristaux sont des nanoparticules sous forme de cristaux extrêmement petits : une nanoparticule mesure entre 1 et 100 nanomètres dans au moins une dimension, c’est-à-dire le long d’un axe. (un nanomètre = un milliardième de mètre).

Centre scientifique du bois Wallenberg

• Le Wallenberg Wood Science Center (WWSC) est un centre de recherche qui vise à développer de nouveaux matériaux biosourcés durables en utilisant des matières premières provenant de la forêt. Le WWSC est une collaboration multidisciplinaire entre l’université de technologie de Chalmers, l’institut royal de technologie de KTH et l’université de Linköping, et repose sur une donation de la fondation Knut et Alice Wallenberg.
• Le centre compte environ 95 chercheurs et membres du corps enseignant et 50 doctorants. Huit groupes de recherche de Chalmers font partie du centre.

Les polluants des teintures et l’accès à l’eau potable

• Plus de deux milliards de personnes dans le monde vivent avec un accès limité ou inexistant à l’eau potable. On estime que plus de 3,5 millions de personnes meurent chaque année faute d’accès à l’eau potable et à des installations sanitaires adéquates.
• L’industrie textile mondiale, concentrée en Asie, contribue à la pollution généralisée de l’eau. La production a souvent lieu dans des pays à bas salaires, où la plupart des technologies sont obsolètes et où la législation et la surveillance environnementales peuvent être inexistantes.
• Les émissions contribuent à l’eutrophisation et aux effets toxiques dans l’eau et le sol. Il existe des exemples en Chine et en Inde où les eaux souterraines ont été contaminées par des colorants et des produits chimiques de traitement.
• La production d’un kilogramme de nouveaux textiles nécessite entre 7 000 et 29 000 litres d’eau et entre 1,5 et 6,9 kg de produits chimiques.
• En 2021, environ 327 000 tonnes de colorants et de pigments ont été produites en Inde. Une grande partie des polluants des teintures du pays est rejetée sans être traitée.

Légende / Des chercheurs de l’université technologique de Chalmers, en Suède, ont mis au point un nouveau matériau d’origine biologique, une forme de poudre basée sur des nanocristaux de cellulose, pour purifier l’eau des polluants, y compris les colorants textiles. Lorsque l’eau polluée traverse le filtre contenant la poudre de cellulose, les polluants sont absorbés et la lumière du soleil qui pénètre dans le système de traitement les décompose rapidement et efficacement. Des tests en laboratoire ont montré qu’au moins 80 % des colorants polluants sont éliminés avec la nouvelle méthode et le nouveau matériau, et les chercheurs voient de bonnes possibilités d’augmenter encore le degré de purification.

Illustration : Université de technologie de Chalmers | David Ljungberg

Gunnar Westman, professeur au département de chimie et de génie chimique de l’université de technologie de Chalmers.

Photo : Université de technologie de Chalmers Université de technologie de Chalmers