Série Les frontières de la science
Lutte contre la pollution radioactive : les chercheurs en première ligne
Institut national de la science des matériaux de Tsukuba
[06.08.2012] Autres langues : ENGLISH | 日本語 | 简体字 | 繁體字 | ESPAÑOL | العربية |

Les chercheurs de l’Institut national de la science des matériaux (NIMS) de Tsukuba, dans la préfecture d’Ibaraki sont en train de mettre au point de nouvelles techniques qui pourraient permettre d’approvisionner en eau potable des millions d’êtres humains et de faire cesser le cauchemar de la contamination radioactive qui affecte le Japon depuis la catastrophe de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011.

Le potentiel énorme des nanotechnologies

Sherif El-Safty fait tomber une pincée de poudre de silice spécialement traitée dans une éprouvette contenant une solution aqueuse. Son regard s’illumine quand il examine le liquide à la lumière. En quelques secondes, celui-ci a pris une couleur verte, ce qui indique la présence d’iode.

« Quand ce matériau détecte la substance toxique recherchée, il change de couleur. Mais son action ne se limite pas à cela, puisqu’il absorbe aussi la substance en question. C’est quelque chose de très important », explique Sherif El-Safty. « La solution est décontaminée en l’espace de quelques secondes. Jusque-là, c’est une chose qu’on était incapable de faire. Le changement de couleur indique aussi la concentration de la substance toxique. En fait, nous faisons quatre opérations en même temps : suppression, visualisation, estimation et spécification. Voilà en quoi consiste notre nouvelle technologie. »

L’Institut national de la science des matériaux est l’un des centres de recherche les plus avancés sur les matériaux mésoporeux, un type de nanomatériau qui se caractérise par un grand nombre de cavités, appelées pores, qui sont disposées de façon régulière. Chacun de ces pores a une largeur comprise entre 2 et 50 nanomètres — un nanomètre équivalant à un milliardième de mètre. Les matériaux mésoporeux sont composés de minuscules cavités formant une structure alvéolaire comparable à celle d’un rayon de miel. Le potentiel de ces matériaux dotés d’une grande surface de contact à l’échelle nanométrique est considérable, sachant que plus la taille de la surface d’un matériau décroît plus elle joue un rôle important dans ses propriétés physiques.

Les chercheurs japonais ont été parmi les premiers à faire des découvertes importantes dans le domaine des matériaux mésoporeux, il y a de cela une vingtaine d’années. Sherif El-Safty, qui est originaire d’Egypte, est arrivé au Japon en 2001 et aujourd’hui, il fait partie à titre de membre permanent de l’Institut national de la science des matériaux tout en assumant les fonctions de professeur à l’Université Waseda. Il dirige une équipe composée en grande partie de chercheurs venus du Moyen-Orient qui s’intègre parfaitement dans le milieu très cosmopolite du NIMS. Dans la cafétéria de cet établissement, on entend en effet parler dans toutes les langues et la signalétique intérieure est rédigée non seulement en japonais mais aussi en anglais, en arabe, en chinois et en hindi.

« Cela fait à peu près quinze ans que je travaille sur les matériaux mésoporeux. Au début, c’était un domaine de recherches entièrement nouveau, à la fois hasardeux et passionnant. Mais les nanoparticules existent depuis toujours. Du temps de l’Egypte ancienne et au Moyen-Âge en Europe, on utilisait déjà des nanomatériaux pour leurs effets spécifiques, sans pour autant savoir de quoi il retournait exactement. Les nanoparticules ont des propriétés spécifiques en termes de couleur, de stabilité, de dureté, de durabilité et de souplesse. Ce qui est nouveau et très prometteur, c’est qu’aujourd’hui on sait modifier et synthétiser ces matériaux. Jusque vers l’an 2000, on cherchait avant tout à fabriquer de nouveaux matériaux. Mais depuis, les choses ont changé et on s’attache surtout à trouver des applications pratiques à ces nouveaux matériaux.

Des nanotechnologies pour résoudre le problème de l’eau

Sherif El-Safty a orienté ses recherches vers l’environnement et l’utilisation des propriétés des matériaux mésoporeux pour absorber les substances polluantes et toxiques contenues dans l’eau ainsi que dans l’air et le sol.

« La pollution de l’eau est un problème grave, en particulier dans les pays en développement. Un milliard d’êtres humains n’ont pas accès à de l’eau potable digne de ce nom. Notre tâche se résume à trouver la façon d’utiliser ces matériaux pour contribuer à améliorer les choses. »

Sherif El-Safty et son équipe travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs du Moyen-Orient et de pays en développement, entre autres le Bangladesh et l’Indonésie.

« Des pays comme l’Arabie Saoudite ou le Koweit disposent de grandes réserves de pétrole, mais ils n’ont que très peu d’eau. La plus grande partie de leur eau potable est de l’eau de mer dessalée provenant de la Méditerranée et de la mer Rouge. La désalinisation est un processus difficile à mettre en œuvre et, qui plus est, l’eau ainsi obtenue contient de grandes quantités de métaux lourds et de substances toxiques, en particulier du plomb et de l’arsenic. »

Les matériaux mésoporeux élaborés par Sherif El-Safty et son équipe ont la capacité de débarrasser l’eau des substances dangereuses qu’elle contient. Ils effectuent deux opérations en même temps, à savoir détecter la présence de matières dangereuses et les absorber. Les parois de leurs pores sont enduites d’un composé spécial qui absorbe les substances toxiques recherchées. Grâce à leur structure et à la taille minuscule de leurs pores, les nanomatériaux sont à même de détecter et d’absorber des substances à de très faibles concentrations de l’ordre du mille milliardième.

« Notre matériau donne de très bons résultats : il peut supprimer la quasi totalité — 99,7 % dans le cas de l’arsenic — d’une substance toxique en une seule fois. La réaction est très rapide, il suffit d’une minute, parfois même de quelques secondes. » D’après Sherif El-Safty, les matériaux développés par son équipe sont mille fois plus efficaces que les meilleures techniques utilisées jusqu’à présent.

« On pourrait tout à fait utiliser nos matériaux à la maison, comme des infusettes. Il suffirait de remplir un sachet avec de la poudre de l’un de ces matériaux, de le placer dans un récipient rempli d’eau et de le laisser à l’intérieur pendant la nuit. Le lendemain matin, on aurait de l’eau purifiée. »

  • [06.08.2012]
Articles liés
Autres articles dans cette série 

Nippon en vidéo

バナーエリア2
  • Chroniques
  • Actu nippone