Absorber les engrais phosphatés des eaux usées agricoles
Bien qu’ils représentent une composante essentielle de l’agriculture moderne, les engrais chimiques sont loin d’être parfaits. «Non seulement les engrais traditionnels n’ont qu’une très faible efficacité, mais une majorité d’entre eux libèrent du phosphore dans le sol, ce qui a un impact négatif sur l’environnement et la santé humaine», explique Jorge Rodríguez Navarro, professeur à l’université de Grenade. Avec le soutien du projet PSust-MOF (Metal-Organic Frameworks as multifunctional materials toward P-sustainability), financé par l’UE, Jorge Rodríguez Navarro et son collègue et chercheur Francisco Carmona ont entrepris de créer une économie circulaire du phosphore. «L’objectif principal du projet était de développer un adsorbant innovant capable de détoxifier les eaux usées agricoles en récupérant et en réutilisant les engrais phosphatés», explique Francisco Carmona.
Des réseaux métallo-organiques durables
Pour atteindre cet objectif, le projet, qui a bénéficié d’un soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie Actions, a ciblé la nouvelle catégorie de matériaux poreux appelés réseaux métallo-organiques à base de zirconium, ou Zr-MOF, qui ont une affinité élevée avec les groupes phosphatés. Mais les chercheurs ne voulaient pas simplement créer des Zr-MOF, ils voulaient également le faire de manière durable. «Les propriétés exceptionnelles des réseaux métallo-organiques en font des matériaux prometteurs pour de nombreuses applications», souligne Jorge Rodríguez Navarro. «Malheureusement, leur préparation implique généralement l’utilisation de solvants toxiques et elle se déroule dans des conditions difficiles.» Les chercheurs ont dès lors démontré la faisabilité de synthétiser des Zr-MOF en recourant à une approche assistée par micro-ondes. Ce processus innovant utilise l’eau comme solvant et peut facilement et parfaitement moduler la taille des particules des matériaux qui en découlent. «En rendant leur production industrielle plus simple, moins onéreuse et plus durable, ce processus facilitera l’utilisation réelle de ces matériaux», ajoute Francisco Carmona.
La capacité d’absorber les ions phosphates
En plus de développer un processus durable pour créer des matériaux Zr-MOF, le projet a également prouvé leur capacité à absorber efficacement les ions phosphates à des concentrations pertinentes. Dès que les ions phosphates sont collectés, ils peuvent être réutilisés dans l’élaboration de nouveaux engrais absorbant les phosphates. «Nous avons montré que les Zr-MOF peuvent non seulement adsorber de manière réversible les ions phosphates, mais aussi dégrader simultanément les pesticides organophosphorés toxiques en composés inoffensifs», ajoute Jorge Rodríguez Navarro. «Cette capacité ouvre la voie à la détoxification des eaux usées issues des activités agricoles.»
Relever les défis de la pénurie et de l’inefficacité
La pénurie de phosphore et l’inefficacité des engrais sont deux obstacles majeurs pour parvenir à une production durable dans le secteur agricole. Le projet PSust-MOF a contribué à les surmonter. «En récupérant le phosphore des eaux usées agricoles et en le réutilisant pour développer de nouveaux engrais efficaces, nos travaux démontrent le potentiel des réseaux métallo-organiques pour relever simultanément les défis liés à la pénurie et à l’inefficacité en créant une économie circulaire des phosphates», souligne Francisco Carmona. «Ce projet est parvenu à sensibiliser sur la durabilité du phosphore et a montré que la recherche est la clé pour trouver des stratégies et des solutions permettant de surmonter ces défis importants», ajoute Jorge Rodríguez Navarro. Les chercheurs s’emploient actuellement à développer la capacité de traitement des matériaux métallo-organiques en utilisant des composites ou des matrices membranaires mixtes, une avancée qui permettrait de les produire à l’échelle.
Mots‑clés
PSust-MOF, engrais, phosphore, sol, eaux usées agricoles, réseaux métallo-organiques à base de zirconium, engrais phosphatés, agriculture, économie circulaire, Zr-MOF
