Comprendre l'adsorption dans les systèmes aqueux
L'adsorption correspond à l'adhérence ou à la liaison de molécules sur une surface, créant une couche mince. Ce type de liaison dépend de la molécule adsorbée et du substrat, mais résulte en général de forces chimiques ou physiques, ou d'une attraction électrostatique. L'adsorption de molécules organiques sur des surfaces, comme les systèmes de purification d'eau par membrane, peut contrarier l'efficacité de la membrane et faciliter sa colonisation par des microbes. Le projet ADSORPLAYERS (Adsorbed layers of natural organic macromolecules on solid substrates: Structure, interactions, and mechanisms of growth), financé par l'UE, cherchait à limiter ce phénomène dans les systèmes aqueux. Pour cela, il a étudié comment se faisait l'adsorption de grosses molécules organiques (des polymères) sur des surfaces différentes. Les chercheurs ont commencé par étudier un mécanisme bien connu, l'attraction électrostatique, dans laquelle des polymères chargés (des polyélectrolytes) se fixent à une surface de charge opposée. Ils ont constaté qu'elle expliquait l'adsorption sur des substrats de silice (à charge négative) du chitosane (un polymère de glucide, chargé positivement et aux nombreux usages thérapeutiques ou industriels). Les chercheurs ont par contre été étonnés de constater que le sulfonate de polystyrène (un polyélectrolyte chargé négativement avec plusieurs usages techniques ou médicaux) est également adsorbé sur une surface de silice chargée négativement, en présence de contre-ions multivalents. Ceci apporte une autre méthode pour adsorber des polyélectrolytes sur une surface de même charge. ADSORPLAYERS a testé un autre mécanisme d'adsorption, en l'absence d'attraction électrostatique. Dans ce cas, des molécules sont adsorbées lorsque des forces autres qu'électrostatiques surmontent la barrière électrostatique à l'adsorption. Une fois que ces mécanismes seront connus, il sera possible d'atteindre ces conditions en ajustant la chimie de la solution. Les chercheurs d'ADSORPLAYERS ont utilisé ces connaissances pour mieux comprendre comment des processus en rapport avec l'environnement sont affectés par l'adsorption. Il s'agit par exemple de l'interaction d'une matière organique humique avec les systèmes de purification de l'eau, et de nanoparticules à base de fer, conçues pour dépolluer les aquifères. Le projet a publié ses résultats dans plusieurs revues de haut niveau, à comité de lecture. Leur application promet d'accroître l'efficacité des techniques de purification de l'eau.
Mots‑clés
Adsorption en surface, attraction électrostatique, molécules organiques, membrane, polymères