Encrassement biologique d'une coque de bateau ; b fucus noué, Ascophyllum nodosum; c Mode d'action des peintures sous-marines bioinspirées :comme l'enzyme naturelle bromoperoxydase de vanadium, les nanoparticules de pentoxyde de vanadium agissent comme un catalyseur pour la formation d'acide hypobromeux à partir d'ions bromure (contenus dans l'eau de mer) et de petites quantités de peroxyde d'hydrogène qui se forment lors de l'exposition à lumière du soleil.
Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) en Allemagne ont découvert que de minuscules nanoparticules de pentoxyde de vanadium peuvent inhiber la croissance des balanes, bactéries, et les algues sur les surfaces en contact avec l'eau, comme les coques de navires, bouées marines, ou des plates-formes offshore. Leurs expériences ont montré que des plaques d'acier sur lesquelles un revêtement contenant des particules dispersées de pentoxyde de vanadium avait été appliqué pouvaient être exposées à l'eau de mer pendant des semaines sans formation de dépôts de balanes, bactéries, et les algues. En comparaison, les plaques qui n'étaient recouvertes que de la peinture normale du navire présentaient un encrassement massif après exposition à l'eau de mer pendant la même période. La découverte pourrait conduire au développement de nouveaux protecteurs, des revêtements antifouling et des peintures moins dommageables pour l'environnement que les revêtements de navires actuellement utilisés.
L'encrassement marin est un problème qui coûte à l'industrie du transport maritime plus de 200 milliards de dollars par an. L'accumulation d'organismes tels que les algues, moules, et les balanes augmentent la résistance à l'eau des objets et, en conséquence, consommation de carburant. Cela signifie des coûts supplémentaires pour les compagnies maritimes et, encore pire, dommages environnementaux accrus dus au CO supplémentaire
Une peinture antisalissure disponible dans le commerce avec et sans nanoparticules de pentoxyde de vanadium a été appliquée sur deux plaques d'acier inoxydable (2 x 2 cm). Les deux plaques étaient fixées à un bateau amarré dans un lagon exposé directement à l'eau de mer de l'Atlantique. Après 60 jours, la plaque sans nanoparticules de pentoxyde de vanadium (à gauche) présentait un encrassement important ; en revanche, la plaque avec le revêtement de pentoxyde de vanadium n'a pas (à droite). Crédit :Groupe de recherche Tremel, JGU
C'est l'un des mécanismes de défense de la nature qui a inspiré l'approche adoptée par l'équipe de scientifiques travaillant sous la direction du professeur Dr. Wolfgang Tremel de l'Institut de chimie inorganique et de chimie analytique de la JGU. Certaines enzymes présentes dans les algues brunes et rouges produisent des composés halogènes qui ont un potentiel biocide. On suppose que ceux-ci sont synthétisés par les algues pour les protéger des attaques microbiennes et des prédateurs. Les chimistes de l'université de Mayence ont décidé d'imiter ce processus en utilisant des nanoparticules de pentoxyde de vanadium. Selon leur article publié dans Nature Nanotechnologie , pentoxyde de vanadium (V
Le procédé a été démontré à la fois dans des conditions de laboratoire et dans de l'eau de mer naturelle. Elle n'a que des conséquences très minimes sur l'environnement car l'effet est limité aux micro-surfaces. L'oxyde métallique est particulièrement puissant lorsqu'il est présent sous forme de nanoparticules car alors, en raison de la plus grande surface, il y a un effet catalytique accru.
"Nanoparticules de pentoxyde de vanadium, du fait de leur faible solubilité et du fait qu'ils sont noyés dans le revêtement, sont considérablement moins toxiques pour la vie marine que les substances actives à base d'étain et de cuivre utilisées dans les produits disponibles dans le commerce, " explique Wolfgang Tremel. Selon lui, les revêtements des navires à base de pentoxyde de vanadium pourraient être une alternative pratique et rentable aux biocides chimiques conventionnels. « Ici, nous avons un composant respectueux de l'environnement pour une nouvelle génération de peintures antisalissures qui utilisent le mécanisme de défense naturel utilisé par les organismes marins. »
Ron Wever, le partenaire de coopération néerlandais de l'équipe de l'Université d'Amsterdam, étudie ces mécanismes de défense naturelle depuis 15 ans. Il a suggéré d'ajouter l'enzyme impliquée, c'est à dire., vanadium haloperoxydase, aux peintures antifouling. Les chimistes de Mayence collaborent désormais avec Wever pour développer des nanoparticules de pentoxyde de vanadium. "Les particules de pentoxyde de vanadium sont considérablement moins chères et aussi plus stables que les enzymes génétiquement produites, " il ajoute.
Un groupe de recherche dirigé par le Dr Klaus Peter Jochum de l'Institut Max Planck de chimie de Mayence a mené des expériences pour déterminer si l'utilisation de pentoxyde de vanadium pourrait avoir un effet négatif sur l'environnement. À l'aide d'un spectromètre de masse ICP hautement sensible, les scientifiques ont déterminé la concentration de vanadium dans divers échantillons d'eau de mer qui avaient été exposés au matériau enduit pendant différentes durées. Les résultats ont montré que les niveaux n'étaient que légèrement supérieurs à la concentration moyenne normale de vanadium dans l'eau de mer. On peut ainsi conclure que seules de très faibles quantités de vanadium migrent du revêtement vers l'eau de mer et n'auront donc aucun impact négatif sur l'environnement.
