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La lutte contre la drépanocytose

Un enjeu majeur de santé publique

Chaque année, 275 000 nouveaux cas sont dépistés dans le monde, chez les nourissons. La drépanocytose touche particulièrement les populations d'Afrique et d'Inde. La France n'est pas totalement épargnée avec un enfant pour ...

Homo sapiens découvert hors d'Afrique

Une équipe internationale vient de découvrir le plus ancien fossile d'Homo sapiens jamais découvert en dehors du continent africain : un maxillaire vieux de près de 200 000 ans exhumé sur le mont Carmel au nord d'Israël qui contraint les paléanthropologues à réviser leurs copies. ...

Désintégration du neutron et matière noire 

Pour expliquer divers effets gravitationnels, les physiciens ont été amenés à supposer l'existence d'une « matière noire » à l'intérieur des galaxies et dans l’espace intergalactique. Parmi les hypothèses relatives à sa nature, on suppose l’existence ...

Une symbiose à l'épreuve du milieu

CC SA 3.0 ©Prenn

Duo de choc : les recherches récentes montrent qu’une plante hôte et un champignon peuvent s’associer par-delà leur milieu naturel. Aidée de son symbiote, la plante devient plus résistante.

Le raisinier des mers antillais en voyage au Sénégal

Le ...

L'essor du taxi aérien

Une interview de Claude Le Tallec, Chargé de mission "Transport aérien personnel" à l'ONERA. 

Qu'est-ce qui, à l'heure actuelle, favorise l'émergence de la thématique des voitures volantes ?

Le notion de « voiture volante » ...

L'horloge nucléaire

Ce qui caractérise la performance d’une horloge, c'est la faiblesse de sa dérive au cours du temps : de combien diffère chaque jour l'heure qu'elle indique par rapport à sa référence ; autrement dit au bout de quelle durée se décale-t-elle d’une seconde ?

Le génome de la rose décrypté

By LaitcheLink to My Website. - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4023663

Notre amie la rose

De toutes les plantes ornementales, les roses sont parmi les plus cultivées au monde, que ce soit pour l'agrément que les rosiers confèrent aux ...

La biolixiviation

Les impacts environnementaux et sociaux des industries minières et le besoin accru de certains métaux comme les terres rares pour les appareils électroniques modernes rendent urgente l'élaboration de solutions nouvelles pour traiter les minerais ou récupérer dans les déchets des éléments de plus en plus recherchés. C'est ce que pourrait apporter un procédé, la biolixiviation.

Une solution biotechnologique éprouvée

La biolixiviation, c’est-à-dire l’extraction de métaux grâce à des micro-organismes, est une technique déjà utilisée pour produire 5 % de tout l’or mondial et 20 % du cuivre et, de façon plus marginale, pour l’extraction du nickel, du zinc, du cobalt et de certaines terres rares. Son développement industriel a réellement débuté il y a moins de 20 ans.
Le procédé s'applique à des réserves de minerai, c’est-à-dire de roches suffisamment riches en minéraux d’intérêt. Il nécessite de grandes quantités d’eau, que l’on rend généralement acide et des micro-organismes préléablement sélectionnés (bactéries, archées ou champignons) qui vont faire le travail d’extraction des minéraux intéressants. Bien souvent, l’apport d'oxygène est nécessaire et parfois, pour certains micro-organismes, l'apport en sucres.

La biolixiviation peut s’effectuer par deux voies. Une voie statique qui consiste à verser directement la solution sur le minerai stocké dans un vallon, une cuvette que l’on a imperméabilisée et au fond de laquelle on récupère les métaux dissous. Et une voie dynamique qui consiste à broyer et concasser finement le minerai pour le placer dans de grands réservoirs appelés bioréacteurs. Le contenu de la cuve est alors sans cesse agité afin d’améliorer la surface de contact entre bactéries et minerai et de rendre l’oxygène plus facilement disponible. Avec l’expérience, on a appris à optimiser la température, l’acidité, la vitesse de mélange, les apports en oxygène, en dioxyde de carbone ou en sucres pour que les microorganismes gagnent en productivité.

Plusieurs atouts économiques

Comparée aux méthodes traditionnelles de récupération des minéraux que sont la pyrométallurgie (extraction par fusion des roches) ou l’hydrométallurgie (extraction par dissolution chimique de la roche), la biolixiviation, qui peut aussi être appelée bio-hydrométallurgie, utilise peu d’énergie, produit beaucoup moins de sous-produits et surtout beaucoup moins de polluants. En outre, la mise en oeuvre est relativement peu coûteuse et permet d’extraire des minéraux à partir de minerais pauvres ou de résidus miniers dont l’exploitation traditionnelle ne serait pas rentable. Ainsi, au Chili par exemple, où la quasi-totalité des minerais riches en cuivre ont été exploités, la biolixiviation a pris le relais pour les ressources restantes à faible teneur en métal. En Ouganda, cela fait maintenant une dizaine d’années que les stériles des mines de cuivre sont utilisées pour produire du cobalt. Cependant, le procédé est beaucoup plus lent et, mal conduit, il peut aussi mener à des catastrophes environnementales. Ainsi, la mine finlandaise de Talvivaara, qui avait mis en place un procédé de biolixiviation pour récupérer nickel, zinc, cobalt et cuivre depuis un minerai faiblement concentré dans les années 2000 a connu d’importantes fuites et défauts d’imperméabilisation qui ont ravagé les eaux aux alentours, avec notamment une fuite d’uranium qui a mené l’entreprise à la faillite.

Une clé pour les terres rares ?

Les terres rares (qui comprennent les 15 lanthanides plus le scandium et l’yttrium) sont des matériaux très prisés en électronique, dans les industries des énergies renouvelables, ou encore pour des applications en optique, en raison de leurs propriétés paramagnétiques et luminescentes. Malgré leur nom, les terres rares sont plutôt abondantes dans la croûte terrestre, mais elles sont très dispersées et ne font pas de filons ou de minerais très concentrés. Par conséquent, leur extraction est compliquée et très coûteuse. L’approvisionnement mondial est aux mains de la Chine (90%) via l’exploitation des sous-produits d’autres industries minières, notamment du fer et du cuivre. Flambée des prix, risque de rupture d’approvisionnement sont des motivations très fortes pour trouver des méthodes alternatives à leur extraction. Parmi elle, la « biolixiviation urbaine », qui consiste à extraire les métaux intéressants des déchets électroniques via des microorganismes, a donné lieu à des réussites intéressantes pour récupérer des éléments rares présents dans des lampes fluorescentes ou des aimants de disques durs. En tout état de cause, le procédé semble être promis à un bel avenir. D’une part, parce que les études menées sur les micro-organismes extrêmophiles se développent, ce qui permet d’améliorer encore les rendements et les conditions de la biolixiviation. A titre d’exemple, des souches de bactéries qui continuent d’être actives en milieu salé permettent de continuer les activités minières dans des pays où l’eau douce s’est faite rare. D’autre part, parce que c’est aussi une technique que l’on envisage pour l’exploitation des minéraux sur d’autres corps célestes (Lune, Mars, astéroïdes) ; des études menées sur la station internationale ayant montré que certains microorganismes extrêmophiles terrestres étaient capables de résister aux conditions extrêmes de l’espace (températures, vide, radiations). Enfin, parce qu’elle sert aussi depuis longtemps comme base pour des opérations de dépollution des sols, on parle alors de bioremédiation par les bactéries.
Publié le 03/05/2018

En savoir plus 

http://www.brgm.fr/projet/biotechnologies-viennent-secours-valorisation-environnement

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La microfluidique pour réduire la pollution
Le projet MicroSphere développe un nouveau système microfluidique qui permet d'optimiser le dimensionnement des moteurs, pour une meilleure combustion et moins de pollution.

La physique de la microfluidique

La microfluidique, science des fluides au niveau du micromètre, est apparue au début des années 2000. Les phénomènes mettant en jeu les fluides existent partout dans la nature, entre la circulation de la sève vers les feuilles des arbres, le tissage des toiles par les araignées ou le transport du sang dans le corps humain. Dans les domaines de la recherche et de l'industrie, les systèmes microfluidiques trouvent des applications pour concevoir des mélangeurs et des réacteurs. Ils sont souvent comparés à la microélectronique. Cela se traduit par le développement de laboratoires sur puces, soit des systèmes de milliers de vannes micrométriques qualifiées de « microprocesseurs » microfluidiques.

En maîtrisant les écoulements, ce domaine de recherche explore les propriétés spécifiques liées à des dimensions microscopiques. À cette échelle, les forces de capillarité agissant sur les fluides sont prédominantes, la taille des canaux rend l'écoulement stable donc de type laminaire et non turbulent, les échanges de chaleur sont très rapides. Grâce à ces phénomènes, la miniaturisation des systèmes, en plus de remplacer des instruments encombrants et de réduire les volumes d'expérience, accélère les mesures, garantit une meilleure sûreté de l'environnement et automatise les processus sans dégradation des performances.

Ses champs d'application sont très variés, depuis les industries chimiques à la biochimie, en passant par la physique. Quelques exemples : détecter des molécules à l'état de traces pour l'environnement et l'agro-alimentaire, mettre au point des micro-réacteurs à plasma produisant du plastique plus vert, créer des systèmes automatisés contrôlés en physique, comprendre les interactions entre les cellules en biologie, améliorer le diagnostic du VIH ou d'autres maladies, développer de nouvelles thérapies contre le cancer fondés sur des médicaments encapsulés. Plus petit encore, la physique des nanotubes peut déboucher sur de nouvelles énergies, avec l'exemple des membranes convertissant l'énergie osmotique issue du mélange d'eau douce et salée.

Le projet Microsphere pour améliorer la combustion

Dans le domaine de l'énergie, plus précisément des moteurs à explosion, le projet Microsphere se penche sur la microexplosion. Le phénomène intervient lorsqu'une émulsion d’eau et de carburant est injectée dans la chambre d’une chaudière. L’eau liquide devient rapidement gazeuse, ce qui fragmente les gouttelettes d’émulsion et améliore la combustion du carburant, tout en réduisant le taux de suies et d’oxydes d’azote générés. Suivant la concentration en eau et la taille moyenne des gouttelettes dispersées, l'amélioration de la combustion et la diminution de la pollution est plus ou moins forte.

Actuellement, le débit de ces dispositifs reste lent, de l’ordre du millilitre par minute. Dans le cadre du projet Microsphere, différentes équipes ont conjugué leurs expertises respectives afin de développer un procédé d’émulsification assurant un débit plus élevé. Ils en ont optimisé les dimensionnements et la structure en fonction de la phase lipidique utilisée pour l’émulsion. Avec des débits atteignant pour l'instant 500 millilitres par minute, ces nouveaux systèmes microfluidiques sont capables d’alimenter en continu des chaudières ou des moteurs industriels.

Publié le 18 juillet 2017

En savoir plus

Comprendre la microfluidique, de l'Institut Pierre-Gilles de Gennes pour la microfluidique

Un nouveau système microfluidique pour une meilleure combustion et moins de pollution, sur CNRS Innovations

Infographie d'une émulsion, sur Sciences en ligne

Cycle d'un moteur à explosion, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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