Une équipe de chimistes au Canada a mis au point un moyen de traiter les métaux sans utiliser de solvants et de réactifs toxiques.

Le système, qui consomme aussi beaucoup moins d'énergie que les techniques conventionnelles, pourrait réduire considérablement l'impact environnemental de la production de métaux à partir de matières premières ou d'électronique post-consommation.

« A l'heure où les gisements naturels de métaux sont en déclin, il y a un grand intérêt à améliorer l'efficacité du raffinage et du recyclage des métaux, mais peu de technologies de rupture sont mises en avant, " dit Jean-Philip Lumb, professeur agrégé au Département de chimie de l'Université McGill. "C'est ce qui rend notre avance si importante."

La découverte découle d'une collaboration entre Lumb et Tomislav Friscic à McGill à Montréal, et Kim Baines de l'Université Western à Londres, Ont. Dans un article publié récemment dans Avancées scientifiques , les chercheurs esquissent une approche qui utilise des molécules organiques, au lieu du chlore et de l'acide chlorhydrique, pour aider à purifier le germanium, un métal largement utilisé dans les appareils électroniques. Les expériences en laboratoire des chercheurs ont montré que la même technique peut être utilisée avec d'autres métaux, dont le zinc, le cuivre, manganèse et cobalt.

La recherche pourrait marquer une étape importante pour le mouvement de la « chimie verte », qui cherche à remplacer les réactifs toxiques utilisés dans la fabrication industrielle conventionnelle par des alternatives plus respectueuses de l'environnement. La plupart des avancées dans ce domaine ont concerné la chimie organique - la synthèse de composés à base de carbone utilisés dans les produits pharmaceutiques et les plastiques, par exemple.

« Les applications de la chimie verte sont loin derrière dans le domaine des métaux, " dit Lumb. " Pourtant, les métaux sont tout aussi importants pour la durabilité que n'importe quel composé organique. Par exemple, les appareils électroniques nécessitent de nombreux métaux pour fonctionner.

Prendre une page de la biologie

Il n'y a pas de minerai unique riche en germanium, il est donc généralement obtenu à partir des opérations minières en tant que composant mineur dans un mélange avec de nombreux autres matériaux. Grâce à une série de processus, ce mélange de matière peut être réduit en germanium et zinc.

"Actuellement, afin d'isoler le germanium du zinc, c'est un processus assez méchant, " explique Baines. La nouvelle approche développée par les chimistes de McGill et de l'Ouest "permet d'obtenir du germanium à partir du zinc, sans ces processus désagréables."

Pour y parvenir, les chercheurs ont pris une page de la biologie. Le laboratoire de Lumb mène depuis des années des recherches sur la chimie de la mélanine, la molécule du tissu humain qui donne à la peau et aux cheveux leur couleur. La mélanine a également la capacité de se lier aux métaux. « Nous avons posé la question : Voici ce biomatériau doté d'une fonction exquise, serait-il possible de l'utiliser comme modèle pour de nouveaux, technologies plus efficaces ? »

Les scientifiques se sont associés pour synthétiser une molécule qui imite certaines des qualités de la mélanine. En particulier, ce « co-facteur organique » agit comme un médiateur qui aide à extraire le germanium à température ambiante, sans utiliser de solvants.

Prochaine étape :l'échelle industrielle

Le système exploite également l'expertise de Friscic en mécanochimie, une branche émergente de la chimie qui s'appuie sur la force mécanique - plutôt que sur les solvants et la chaleur - pour favoriser les réactions chimiques. Les pots de broyage contenant des billes en acier inoxydable sont secoués à grande vitesse pour aider à purifier le métal.

« Cela montre comment les collaborations peuvent naturellement conduire à une innovation axée sur la durabilité, " dit Friscic. " La combinaison d'une nouvelle chimie élégante avec des techniques mécanochimiques sans solvant nous a conduit à un processus qui est plus propre en contournant le traitement à base de chlore, mais élimine également la génération de déchets de solvants toxiques"

La prochaine étape du développement de la technologie sera de montrer qu'elle peut être déployée économiquement à des échelles industrielles, pour une gamme de métaux.

"Il y a une énorme quantité de travail qui doit être fait pour aller d'où nous sommes maintenant là où nous devons aller, " dit Lumb. "Mais la plate-forme fonctionne sur de nombreux types de métaux et d'oxydes métalliques, et nous pensons que cela pourrait devenir une technologie adoptée par l'industrie. Nous recherchons des parties prenantes avec lesquelles nous pouvons nous associer pour faire avancer cette technologie. »