Des scientifiques britanniques synthétisent les premiers savons (para)magnétiques
23.01.2012
Une équipe de l’université de Bristol a incorporé du fer à une molécule tensioactive pour fabriquer un savon qui peut être contrôlé par un aimant. Cette découverte, publiée aujourd'hui dans Angewandte Chemie, pourrait être exploitée dans la fabrication de produits nettoyants qui pourraient être facilement séparés après application et lors des marées noires en mer.
Les scientifiques de l’université de Bristol ont synthétisé une nouvelle molécule de savon contenant un sel de fer qui, mise en solution dans l’eau, réagit à un champ magnétique. L’organisation des molécules de savon magnétique a été étudiée par diffusion de neutrons à l’Institut Laue Langevin et les expériences montrent la formation de petits agrégats dispersés dans l’eau. Le développement à grande échelle de telles molécules pourrait révolutionner certains produits industriels, ou même permettre, par exemple lors des marées noires, des nettoyages au savon sans conséquence pour l’environnement.
Les scientifiques cherchent depuis longtemps comment améliorer les savons (aussi appelés tensioactifs dans l’industrie) une fois en solution pour augmenter leur capacité à solubiliser les huiles dans l’eau et pouvoir ensuite les extraire. L’équipe de Bristol a préalablement travaillé sur des savons sensibles à la lumière, au dioxyde de carbone, aux changements de pH, à la température ou à la pression. Cette dernière découverte décrit dans « Angewandte Chemie » les premiers savons réactifs à l’application d’un champ magnétique.
Pour fabriquer des petits aimants contrôlables, les tensioactifs liquides ioniques comportant un complexe d’un métal de transition (métal lourd comme le fer lié à des ions halogénures comme le bromure ou le chlorure) ont été envisagés mais on a toujours pensé que leurs centres métalliques étaient trop éloignés les uns des autres dans la solution, empêchant les interactions à longues distances nécessaires à une activité magnétique.
L’équipe de Bristol, conduite par le Professeur Julian Eastoe, a synthétisé ce savon magnétique en ajoutant du fer à des tensioactifs jusque là inertes possédants des ions chlorures ou bromures, et très semblables à ceux employés dans les produits de soins du corps ou dans les assouplissants. La présence de fer crée alors des centres métalliques à l’intérieur des particules de savon.
Pour tester les propriétés, l’équipe a introduit un aimant dans un tube à essai rempli de leur nouveau savon dissous dans l’eau et recouvert sous une couche d’un liquide organique moins dense. Sous l’effet de l’aimant, la solution de savon riche en fer a surmonté les effets de gravité et de tension superficielle entre l’eau et l’huile pour léviter à travers le solvant organique et se coller à la source de l’énergie magnétique, démontrant ainsi ses propriétés magnétiques.
Une fois le savon synthétisé et ses propriétés magnétiques démontrées, l’équipe du professeur Eastoe l’a apporté sur l'instrument D22 à l’Institut Laue Langevin, qui exploite la source neutrons la plus puissante au monde, pour sonder la structure à l’origine de ces propriétés remarquables.
Il est bien connu qu’en présence d’eau, les molécules tensioactives forment de petits agrégats appelés micelles. Les scientifiques ont utilisé une technique appelée diffusion de neutrons aux petits angles pour vérifier que l’agrégation des ces nouvelles molécules était bien à l’origine des propriétés magnétiques observées.
Le Dr Isabelle Grillo, responsable des laboratoires de chimie de l’ILL : «la taille des micelles en solution est très petite et il est assez difficile des les voir par diffusion de lumière ; par contre la diffusion de neutrons aux petits angles est une technique largement utilisée pour étudier la structure de matériaux avec des tailles typiques comprises entre le nanomètre et de dixième de micromètre. »
Les applications possibles de ces surfactants magnétiques sont vastes. Leur réactivité à des stimuli externes permet de moduler de nombreuses propriétés comme la conductivité électrique, le point de fusion, la taille et la forme des agrégats.et la solubilité dans l’eau. Habituellement ces propriétés qui déterminent les applications des savons dans l’industrie, sont contrôlées en changeant la conductivité, le pH, la pression ou la température, ce qui peut modifier irréversiblement la composition du système et coûte de l’argent.
Ces propriétés magnétiques facilitent le l’association des molécules et leur extraction, ce qui laisse espérer des applications potentielles dans la dépollution et le traitement des eaux. Des expériences scientifiques qui nécessitent un contrôle précis de gouttelettes de liquides pourraient aussi être facilitées par l’addition des ce molécules et l’application d’un champ magnétique.
Professeur Eastoe, Université de Bristol : « comme la plupart des aimants sont des métaux, d’un point de vue purement scientifique ces tensioactifs liquide ionique sont totalement inhabituels, c’est ce qui rend particulièrement intéressante cette découverte. D’un point de vue commercial, ces molécules en particulier ne sont pas prêtes à entrer dans la formulation de produits ménagers, mais en prouvant la possibilité de fabriquer des savons magnétiques, des développements futurs pourront reproduire ce même phénomène avec des molécules plus viables commercialement, pour un domaine d’application allant du traitement des eaux aux produits industriels de nettoyage. »
Peter Dowding, chimiste travaillant pour l’industrie et non impliqué dans cette étude : « Tout système qui n’agit que sous l’application d’un stimulus externe, sans que ce dernier ne modifie sa composition, représente une avancée majeure car il devient possible de synthétiser des produits qui n’agissent que lorsqu’on en a besoin. La possibilité de retirer facilement les tensioactifs élargit les applications potentielles aux zones environnementales sensibles, comme pour le traitement des marées noires où l’utilisation des savons avait soulevé des réserves dans le passé.
Re.:Angewandte Chemie, DOI: 10.1002/anie.201108010
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