Un antidote spécifique pour chaque poison

On notera que chacun de ces matériaux mésoporeux a été conçu pour un polluant particulier. « Dans le cas de l’eau, l’objectif c’est de la débarrasser d’une substance précise tout en conservant les minéraux bénéfiques pour la santé. Le matériau mésoporeux que nous avons mis au point est capable de sélectionner un élément et de le supprimer sans toucher aux autres. C’est la première fois qu’on parvient à un tel résultat. » Les nanomatériaux peuvent être « adaptés » en fonction des substances toxiques et des objectifs recherchés grâce à un processus que Sherif El-Safty appelle l’« habillage ».

La silice mésoporeuse se présente sous la forme d’une vaste structure alvéolaire composée de pores microscopiques.

« On utilise des habillages différents en fonction du but recherché. C’est un peu comme les différentes tenues que les gens portent pour des occasions bien précises. Avec des nanomatériaux et des habillages différents, une même technologie peut servir à des usages très divers. »

Un autre progrès important, c’est que ces matériaux mésoporeux sont stables et durables, ce qui veut dire qu’ils peuvent servir à de nombreuses reprises. Jusque-là, les nanostructures avaient l’inconvénient d’être extrêmement fragiles et facilement détruites en raison de leur taille minuscule. « La durée de vie d’un matériau est un problème capital », explique Sherif El-Safty. « En effet, s’il devient inutilisable au bout d’un mois sur le marché, personne n’en voudra plus.

« En termes de gestion des déchets, ces matériaux sont réversibles. Quand on absorbe du mercure contenu dans de l’eau à l’aide de nanomatériaux, on peut le récupérer. Les nanomatériaux sont nettoyés et prêts à servir à nouveau. On peut utiliser un matériau mésoporeux vingt fois sans le changer d’habillage. Au bout d’un certain temps, on procède à un nettoyage et on enduit à nouveaux les pores avec un composant spécifique. Les matériaux mésoporeux peuvent être ainsi réutilisés de façon pratiquement indéfinie. »

Récupération de composants précieux et décontamination

Au Japon, l’accès à l’eau potable ne pose en principe aucun problème. C’est pourquoi l’équipe des chercheurs de Sherif El-Safty a surtout axé ses travaux sur la récupération des composants précieux contenus dans les déchets recyclés, en particulier l’aluminium.

« Nos matériaux permettent d’isoler un élément particulier dans les résidus des usines de recyclage. Ils sont capables de repérer et d’extraire un composant de façon à ce qu’il puisse être réutilisé. La plus grande partie de ces poudres résiduelles est constituée de plastique et de divers autres éléments sans intérêt. Mais elle contient aussi des composants très précieux, notamment du cobalt, du platine et de l’or, qui représentent jusqu’à 1 % de la masse totale. Les nanotechnologies sont parfaites pour travailler à des niveaux de concentration aussi peu élevés. Qui plus est, le coût de l’extraction de ces métaux précieux est très faible, 70 yens pour un gramme de palladium et 90 pour un gramme d’or. Grâce aux nanotechnologies on peut détecter des composants à des concentrations de l’ordre de 0,5 pour 1 milliard. »

Mais depuis la catastrophe nucléaire de Fukushima survenue en mars 2011, Sherif El-Safty et son équipe de chercheurs se sont concentrés sur le repérage de composants nettement moins prestigieux. Peu après l’accident nucléaire, ils ont suspendu tous leurs travaux en cours pour se consacrer, à la demande du gouvernement, au problème de la décontamination. Les recherches qu’ils ont effectuées dans ce domaine ont déjà débouché sur le dépôt de trois nouveaux brevets.

« Nous avons vécu une période incroyablement intense, et pas seulement notre équipe, mais tout le monde », explique Sherif El-Safty. « Presque aussitôt après la catastrophe, le président de l’Institut national de la science des matériaux  nous a demandé de concentrer nos efforts sur l’iode. L’iode est le premier élément radioactif qui a été détecté après l’accident nucléaire, c’est pourquoi le gouvernement nous a demandé de trouver un moyen de le repérer. Ensuite il y a eu le strontium, puis le césium ! Or ces éléments ont une molécule environ dix fois plus volumineuse que celle des substances toxiques que nous recherchions dans l’eau. Ce qui rendait d’autant plus difficile la tâche de les capter dans les pores microscopiques des structures alvéolaires de nos matériaux. Les interactions avec ces éléments sont très faibles. »

Après avoir travaillé assidûment pendant des mois sur plus de cent matériaux et habillages différents, l’équipe de Sherif El-Safty a fini par réussir, grâce aux nanotechnologies, à absorber de l’iode à de faibles concentrations de l’ordre de 1 par milliard. Elle est parvenue ensuite au même résultat avec le strontium. Et tout récemment, Sherif El-Safty a réussi à absorber du césium.

Un des avantages de cette nouvelle technologie, c’est qu’elle peut être rapidement mise en œuvre et qu’elle est peu coûteuse. « Dans le cadre d’une usine, on pourrait fabriquer très rapidement des tonnes de nanomatériaux, ce qui permettrait de décontaminer en même temps de très grandes quantités d’eau. Pour le moment, nous en sommes encore au stade de la mise au point et il y a des vérifications à faire en ce qui concerne, entre autres, la sécurité. C’est un travail qui doit être accompli par le gouvernement et le secteur privé. Notre tâche se limite à produire des nanomatériaux. L’Institut national de la science des matériaux peut produire un kilo de ces matériaux en trente minutes. Une production de masse à l’échelle industrielle est tout à fait envisageable. Croyez-moi, l’avenir est dans les nanotechnologies ! »

Le changement de couleur indique que la substance toxique recherchée a été détectée et absorbée. Sherif El-Safty a mis au point des matériaux permettant de traiter diverses sortes de substances polluantes et radioactives.