Les zéolithes

Voici un exemple de biomimétisme un peu particulier puisque ce n'est ni un biomimétisme "animal", ni un biomimétisme "végétal", mais un biomimétisme "minéral", inspiré par les zéolithes.

Une zéolithe : la natrolite

L'histoire de la "pierre qui bout" : une longue histoire de "trous".

Les zéolithes sont des minéraux qui se sont constitués en plusieurs centaines ou milliers d'années, à l'endroit où les roches et les cendres volcaniques ont réagi avec des eaux souterraines alcalines, ou dans les sédiments.

Actuellement on connaît 48 zéolithes naturelles.

Mais l’histoire des solides poreux commence en Suède en 1756.

Axel-Frédéric Crönstedt, un minéralogiste, étudie alors le comportement à la chaleur d’un minéral naturel, la stilbite.

Il observe avec surprise que, chauffé à 150°C, le minéral se couvre de bulles, comme s’il bouillait. Ce phénomène n’est pas unique et Crönstedt donne alors le nom de zéolithes (ou « pierre qui bout », du grec zein : "bouillir" et lithos : "pierre") à cette famille de minéraux étranges.

Plus d’un siècle plus tard, le premier homologue synthétique des zéolithes naturelles est crée.

Il faut attendre encore soixante ans (vers 1930) pour que le phénomène soit expliqué par la structure cristalline. Celle-ci dévoile alors qu’à l’échelle atomique, ces solides possèdent une caractéristique unique. Les assemblages d’atomes - le squelette - laissent apparaître des trous - les pores - de 0,4 à 1 nm de diamètre, disposés régulièrement dans le solide, déterminant ainsi une surface interne sur laquelle pourront venir se fixer les molécules (l’eau dans le cas de Crönstedt, d’où les bulles).

 

  Schéma de la structure d'une zéolithe :

le squelette est construit par l'association de tétraèdres AlO4 ou SiO4

qui s'assemblent pour créer des cages.

 

 

Pourquoi les chimistes se sont-ils inspirés des zéolithes ?

Cette caractéristique des zéolithes ne tarde pas à intéresser à la fois les chercheurs et les industriels. Directement inspirés par les zéolithes naturelles, les chimistes ont donc créé près de 200 zéolithes de synthèse qui répondent chacune (en terme de taille de pores) à un besoin différent.

  • Ces "tamis" moléculaires permettent la séparation de molécules de différentes tailles.
  • Les zéolithes sont aussi utilisées pour l'adsorption et la décomposition de molécules odorantes ou polluantes (bâtiments d'élevage d'animaux, chambres frigorifiques, industrie...).
  • En catalyse, les zéolithes ont d'importantes applications dans l'industrie pétrolière (comme l'augmentation de l'indice d'octane des essences par ex.).
  • Elles sont utilisées aussi dans la séparation des produits pétroliers, le raffinage des huiles lourdes ou lors de l'extraction du gaz naturel.
  • Comme transporteur de potassium, certaines font office d'engrais pour l'agriculture.

Ce domaine de la chimie, devenu économiquement stratégique représente, directement ou indirectement par les activités qu’il génère, environ 20% du PNB des pays industrialisés.

Les dernières avancées inspirées des zéolithes : les solides poreux hybrides.

Le dernier développement dans le domaine concerne les matériaux poreux hybrides. Hybrides parce que ces matériaux sont constitués à la fois de composés organiques (dont les molécules sont des chaînes de carbone) et inorganiques (des métaux).

Le meilleur exemple en est le MIL-101, inventé par le chimiste français Gérard Férey.   (Voir aussi la page "Bonus postface")  


 

 

Le MIL-101 et son créateur : Gérard Férey

 

 

 

 

Sans augmenter de volume, 1 m3 de cette poudre retient 400 m3 de gaz carbonique et ce à température ambiante, soit une efficacité 2 fois supérieure à celle des matériaux connus jusqu'à maintenant.

Ses molécules s'organisent pour former des cages de 3,5 nm de diamètre, dans lesquelles viennent s'emprisonner les molécules de CO2.

Ses cages moléculaires peuvent aussi stocker l'hydrogène ou transporter des médicaments.

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site

×