Une membrane innovante pour dépolluer l’air efficacement et durablement

Chaque année en France, la pollution de l’air est responsable de plusieurs dizaines de milliers de décès. Parmi les composés les plus polluants, les composés organiques volatils (COV) sont des molécules comme les hydrocarbures, les alcools, les aldéhydes…, qui se volatilisent très facilement et se retrouvent dans l’atmosphère. En raison de leur toxicité et leur persistance dans l’environnement, il est donc primordial de limiter leur émission ou d’optimiser leur destruction.

Les méthodes conventionnelles d’élimination des COV – oxydation thermique, adsorption ou condensation – présentent des limites importantes en termes d’efficacité, de coût ou d’impact environnemental. Une alternative prometteuse consiste à utiliser des enzymes, ces catalyseurs biologiques capables de transformer spécifiquement certains polluants. Toutefois, leur mise en œuvre se heurte à un défi majeur : de nombreux COV sont hydrophobes, c’est-à-dire qu’ils se dissolvent mal dans l’eau, milieu dans lequel les enzymes sont actives et dont elles ont besoin pour survivre. Il devient alors difficile de faire interagir efficacement polluants et enzymes, à moins de parvenir à faire un pont entre ces deux mondes.

C’est ce que viennent de réaliser des scientifiques de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes/ENSCR/INSA Rennes), en collaboration avec des partenaires internationaux ((Université de Khalifa, Emirats Arabes Unis). La première étape, parfaitement maitrisée, consiste à transférer les COV de l’air dans une phase organique liquide pour laquelle ils présentent une affinité. Les scientifiques ont ensuite mis au point une membrane originale (Janus) qui va servir d’interface entre les deux milieux non miscibles : face hydrophobe, la phase organique contenant les polluants à éliminer, et greffées sur la face hydrophile, les enzymes susceptibles de les éliminer (Figure). Ce dispositif permet ainsi de mettre en contact les COV présents dans la phase organique et les enzymes, sans avoir à mélanger les deux phases.

Testé sur le phénol, un polluant modèle courant, ce système de membrane enzymatique en élimine en jusqu’à 74 % en dix heures. Autre avantage : les enzymes immobilisées sur la membrane peuvent être réutilisées sur plusieurs cycles ce qui améliore considérablement la durabilité du procédé. Les scientifiques ont également montré que la structure de la membrane favorise le transfert des polluants entre les deux phases tout en maintenant leur séparation, une condition essentielle pour garantir l’efficacité du dispositif.

Cette étude montre le potentiel des membranes Janus comme réacteurs enzymatiques pour le traitement des COV hydrophobes. En combinant capture et dégradation des polluants au sein d’un même dispositif, cette approche ouvre la voie à des procédés plus compacts, sélectifs et respectueux de l’environnement.

Rédacteur : Christophe CARTIER DIT MOULIN