De nouvelles informations sur la structure des zéolithes
Les zéolithes livrent peu à peu leurs secrets, grâce à des études approfondies menées à l'Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF). En raison de leurs très nombreux usages, les zéolithes sont souvent qualifiées de super-minéraux. Les zéolithes sont des minéraux cristallins, blancs, principalement composés d'aluminium, de silicium et d'oxygène. C'est leur structure moléculaire qui les rend si intéressants. On s'en sert généralement comme une sorte de tamis à molécules. En effet, les pores qui caractérisent la structure des zéolithes peuvent séparer des molécules différentes, mais également catalyser diverses réactions. Ces réactions sont cruciales pour le traitement du pétrole et la fabrication de produits chimiques. Les zéolithes permettent également de favoriser l'échange d'ions, ce qui est utile pour l'adoucissement de l'eau ou le traitement des déchets nucléaires lors du filtrage des composants radioactifs. Cependant, en dépit de ces utilisations très variées, les scientifiques restent incertains de l'emplacement des sites actifs de beaucoup de ces minéraux. D'où l'importance de cette étude. Le consortium du projet se composait d'une équipe de l'ETH Zurich de Suisse, de l'installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) en France, du synchrotron Diamond Light Source au Royaume-Uni, de l'université de Turin en Italie et de l'université de Hambourg en Allemagne. Leurs résultats ont été publiés en ligne par la revue Nature Materials. Le consortium a déterminé, directement et sans ambiguïté la répartition de l'aluminium dans les zéolithes, à l'aide de la technique d'ondes stationnaires de rayons X de l'ESRF. Les résultats des expériences réalisées à l'ESRF annoncent un avenir prometteur aux zéolithes. «En déterminant l'emplacement des sites actifs, nous ouvrons une nouvelle porte à la compréhension des relations entre la structure et les performances. Ce qui mènera à la mise en oeuvre de nouvelles méthodes permettant d'améliorer les zéolithes synthétiques», explique Jeroen van Bokhoven de l'ETH Zurich, l'auteur principal de l'article publié dans Nature Materials. La structure des zéolithes étant d'une échelle tellement infime, l'équipe n'a pu la visualiser qu'à l'aide de sources de rayonnement synchrotron. Cette technique est souvent comparée à un «super-microscope», et s'est révélée d'un intérêt inestimable pour de nombreux domaines de recherche. Cependant, ces résultats ne constituent que le point de départ: le prochain défi consistera à étudier les zéolithes synthétiques en appliquant la même technique. Dans les zéolithes naturelles, les cristaux sont d'une taille millimétrique, alors que dans les zéolithes synthétiques, ils sont bien plus petits, souvent moins de quelques micromètres. «Nous avons également commencé à étudier une zéolithe industrielle, synthétique, mais le processus n'est pas encore terminé», explique Joerg Zegenhagen, en charge de la ligne de lumière de l'ESRF où sont menées les expériences. «Actuellement, nous mettons au point les divers éléments de la ligne de lumière. L'objectif consiste à obtenir, dans un futur très proche, la même quantité exhaustive d'informations pour les zéolithes synthétiques que pour la scolécite», conclut-il.