Des chercheurs de l'University College Dublin (UCD) ont découvert une nouvelle méthode écoénergétique pour générer et libérer des volumes substantiels de métastable, bulles de gaz à l'échelle nanométrique dans l'eau, dépassant les niveaux de solubilité naturelle. La découverte a le potentiel de perturber un certain nombre d'industries, notamment; traitement des eaux usées, stockage de gaz, nourriture, biopharmaceutique et brassage.

La découverte de la génération de nanobulles a été annoncée dans un article scientifique intitulé Massive Generation of Metastable Bulk Nanobubbles in Water by External Electric Fields qui vient de paraître dans Avancées scientifiques , une revue scientifique multidisciplinaire en libre accès à comité de lecture.

Les bulles de la taille d'un micron sont de minuscules bulles de gaz d'un diamètre inférieur à 50 microns (μm), un micron (μm) est un millionième de mètre, et ils ont un certain nombre d'applications industrielles, y compris dans le traitement des eaux usées. Cependant, les bulles de la taille du micron diminuent en taille et finissent par disparaître sous l'eau en raison de la dissolution rapide de leur gaz intérieur, ce qui limite leur potentiel industriel.

Les nanobulles sont également de minuscules bulles de gaz mais à l'échelle du nanomètre (nm). Un nanomètre est un milliardième de mètre, et par exemple une molécule d'ADN est ca. 2,5 nm de large et un cheveu humain mesure env. 60, 000—100, 000 nm de large. Les nanobulles sont thermodynamiquement métastables pendant plusieurs mois voire plus, contrairement aux bulles de la taille d'un micron, et ont donc amélioré les propriétés de transfert de gaz et un plus grand potentiel industriel.

Le défi pour les scientifiques à ce jour a été le développement de méthodes facilement contrôlables pour favoriser la formation et la libération de nanobulles.

La découverte d'une nouvelle, Une méthode économe en énergie et facilement contrôlable pour générer et libérer de grands volumes de nanobulles a été élaborée par le professeur Niall English et le Dr Mohammad Reza Ghaani à l'École de génie chimique et de bioprocédés de l'UCD.

Décrire la découverte, Professeur Niall English, L'école de génie chimique et des bioprocédés de l'UCD a déclaré :"Notre nouvelle découverte fondamentale implique l'application de champs électriques, qui provoquent des zones de dépression transitoires aux interfaces gaz-liquide, entraînant ainsi l'incorporation de gaz dans les liquides sous forme de bulles à l'échelle nanométrique. Il est très économe en énergie, sans additif, et fonctionne pour une large gamme de gaz et la solubilité du gaz considérablement améliorée dans l'eau est hautement métastable, qui dure au moins plusieurs mois."

Il ajouta, « Suite à l'achèvement d'un programme de recherche en collaboration avec le professeur Peter Kusalik à l'Université de Calgary, nous avons établi une bonne compréhension théorique de la mobilité des nanobulles dans les champs électriques, ce qui contribue à notre connaissance microscopique de la stabilité des nanobulles."

Ce développement de la science des nanobulles a le potentiel d'augmenter considérablement les taux de transfert de gaz et d'apporter un changement radical dans l'efficacité opérationnelle d'un certain nombre de secteurs industriels, comprenant; stockage de gaz, traitement des eaux usées, biopharmaceutique, brassage, agricole et alimentaire.

Dr Mohammad Reza Ghaani, École de génie chimique et des bioprocédés de l'UCD, mentionné, "Notre nouvelle méthode de génération de nanobulles a de multiples applications commerciales et a le potentiel d'augmenter la capacité de stocker du gaz directement dans des solutions aqueuses au fil des mois. En outre, elle a le potentiel d'augmenter de plusieurs fois les niveaux de gaz dissous, résultant en de plus grandes capacités de traitement des eaux usées et également d'améliorer le transfert de masse dans les réactions biochimiques et biopharmaceutiques limitées en oxygène, tels que les procédés de fermentation dans les industries alimentaires et brassicoles.

Il ajouta, « En travaillant avec l'équipe de transfert de connaissances d'UCD à NovaUCD, nous avons déposé des demandes de brevet et nous cherchons également à commercialiser la technologie par le biais d'une entreprise dérivée d'UCD. »

Co-auteur de l'article, Professeur Peter Kusalik, Département de Chimie, Université de Calgary, mentionné, "Nos travaux révèlent également les origines moléculaires de la stabilité apparente des nanobulles, qui pourraient autrement ne pas être stables en raison de leur très petite taille. Les origines du comportement peuvent être attribuées à la structure unique des molécules d'eau à la frontière entre l'eau liquide et le gaz."

"L'explication explique également pourquoi ces bulles autrement non chargées peuvent être vues se déplacer lorsqu'un champ électrique est appliqué. Ainsi, cette étude est en mesure de fournir une explication claire et cohérente à un problème auparavant déroutant."

Le professeur English a conclu, "Nous tenons à remercier la société irlandaise Particular Sciences pour l'accès à l'équipement de diffusion dynamique de la lumière (DLS) utilisé au cours de cette recherche."

L'article (en accès libre) est intitulé « Génération massive de nanobulles en vrac métastables dans l'eau par des champs électriques externes ».